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(多图) 基于OFDM的无线移动通信

河北大学电信学院 张兆信?? 2010年06月21日 ?? 收藏0

  带宽在移动通信中是稀缺的资源,所以必须采用先进的技术有效利用频率资源,同时要克 服在无线信道下的多径衰落,降低噪声和多径干扰,正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplex,OFDM)是目前非常被看好的一种技术。他是一种高效并行多载波 传输技术,将所传送的高速串行数据分解并调制到多个并行的正交子信道中,从而使每个子 信道的码元宽度大于信道时延扩展,再通过加入循环扩展,保证系统不受多径干扰引起的码间干扰(ISI)的影响。他可以有效对抗多径传播。

  1 多载波传输

  1.1 多载波基本原理

  多载波就是把传输的带宽分成许多窄带子载波来并行传输,多载波可以在有限的无线传播带宽中获得更高的传输速率。多载波和单载波的差别如图1所示。

多载波和单载波的差别

  比如要在无线环境中用BPSK调制信号,使数据速率达到10 Mb/s,最大传输时延为5μs,则带宽为5 MHz。若用单载波实现,则符号周期Tsymb,SC= 0.2 μs,τmax=25Tsymb,SC,也就是符号间干扰会持续25个符号。而如果用128个子载波的多载波来实现,每个符号的持续时间就是单载波的 N(128)倍,τmax=0.039NTsymb,SC(NTsymb,SC为多载波时的符号周期),可见符号间干扰(ISI)减少了许多。

  1.2 正交子载波

  子载波间正交可以使载波间交叠而彼此间又不会因交叠失真。因此用正交子载波技术可以节省宝贵的频率资源,如图 2,图3所示。

正交子载波技术

  2 正交频分复用(OFDM)

  2.1基本原理

  在正交频分复用系统中,正交的子载波可通过离散傅里叶变换(DFT)获得(在实际应用中,用快速傅里叶变换FFT),OFDM的基带信号为:

OFDM的基带信号

  在接收端,对OFDM符号进行解调的过程中,需要计算这些点上所对应的每个子载波频率的最大值,因为在每个子载波频率最大值处,所有其他子载波的频谱值恰好为0(图4为6个子载波的情况),所以可以从多个相互重叠的子信道符号中提取每一个子信道符号,而不会受到其他子信道的干扰(假设有精确的同步)。

6个子载波的情况

  2.2 循环扩展

  因为每个OFDM符号中都包括所有的非零子载波信号,而且也同时出现该OFDM符号的时延信 号,所以无线信道间的符号间会存在干扰,如图5所示。

符号间会存在干扰

  在系统带宽和数据传输速率给定的情况下,OFDM信号的符号速率远远低于单载波的传输模式,正因为这种低符号速率使OFDM系统可以自然抵抗多径传播导致ISI,另外,通过在每个符号的起始位置增加保护间隔可以进一步抵制ISI,还可以减少在接收端的定时偏移错误,如图6所示。

定时偏移错误

  2.3 OFDM系统

OFDM发射接收系统

  图7为传统的OFDM发射接收系统。发送端将被传输的数字信号转换成子载波幅度和相位的映射,并进行离散傅里叶反变换(IDFT)将数据的频谱表达式变到时域上,接收端进行与发送端相反的操作,子载波的幅度和相位被采集出来并转换回数字信号。


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OFDM? 移动通信? DFT? 多径衰落?

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