第8章 OFDM调制 for student.ppt

天津大学电子信息工程学院通信系 第8章 多载波调制 8.1 概述 多载波的概念出现于20世纪60年代； 主要功能：将高速率的信息数据经过串/并转换之后，分割成为若干低速率的数据流，然后每路低速数据采用一个独立的载波进行调制，并叠加在一起构成发送信号； 在接收端，同样数量的载波对信号进行相干解调，获得低速率的数据后，再经过并/串转换之后获得原来的高速信号。 多载波技术与其它的抗多径时延的方法不同，它是将准备发送的信息码元通过串/并变换，降低速率，增大信息码元的周期，减小多径时延的扩散，以削弱多径干扰对传输系统的影响。 参考书 Title：OFDM Wireless Multimedia Communications ，Author：Richard Van Nee，Publisher：Artech House Universal Personal Communication, Boston, London, 2002. 宽带无线通信—OFDM技术，王文博、郑侃编著，人民邮电出版社,2003.11。 OFDM移动通信技术原理与应用，佟学俭、罗涛，人民邮电出版社，2003.6。 8.1.1 多载波传输系统的原理框图 多载波传输技术有多种提法： 离散多音调（DMT）； 多载波调制（MCM）； 正交频分复用（OFDM）：各子载波相互保持正交。 8.1.2 子载波的三种设置方案 传统的频分复用 采用偏置QAM，在3dB处载波的频谱重叠，其复合谱是平坦的，子带的正交性通过交错同相或者正交子带的数据得到。 OFDM (orthogonal frequency division multiplexing) 各个子载波之间有1/2的重叠。 每个子载波中心频率都是其它子载波频谱的过零点,由此保证子载波的正交性。 8.1.3 多载波的主要优缺点 与单载波系统相比，主要的优点为： OFDM系统对脉冲干扰的抵抗能力增强。 抗多径干扰的能力大大增强。 采用动态的比特分配技术，使系统达到最大的比特率。 与单载波系统相比，主要的缺点为： 多载波系统对符号定时和载波频率的偏移比较敏感。 存在较高的峰值功率，这样对前端放大器的要求较高。 8.1.4 主要应用 无线局域网（802.11a/g） 数字音频广播（ DAB ） 高清晰度电视HDTV地面广播系统（DVB） 非对称数字环路（HDSL） 未来移动通信系统 8.2 OFDM基本原理 8.2.2 接收框图 8.2.3 OFDM调制 子载波一般用PSK或QAM调制,主要参数有： N---子载波个数 T---符号（比特）时间间隔 fc---载波频率 di---第i个子载波上调制的数据 ts---起始时间 相邻子载波间隔为1/T 通常采用复等效基带信号来描述OFDM： 由上式可以得到OFDM调制器 用IDFT代替N个正弦波形发生器 OFDM的复等效基带信号是N个输入调制符号的逆傅立叶变换。 为了恢复出di,可以对s(n)进行DFT变换，有： 在一个OFDM符号中，4个子载波 在这个例子中，所有的子载波有相同的相位和幅度。 在实际应用中，每个子载波的相位和幅度可以不同。 在OFDM一个符号间隔T中，子载波的正交特性分析： 在时间T内，每个子载波都是整数倍的周期，每个相邻子载波的周期数相差一个。 说明子载波之间具有正交性。 8.2.4 OFDM解调 接收端，对第m个子载波进行解调，可恢复第m个子载波数据。 这时，可以利用子载波之间的正交性： 于是有， 8.3 保护间隔和循环前缀 OFDM的突出优点是抵抗多径时延，通过将高速数据流并行分配到多个低速子载波上，延长了符号周期，从而减弱了多径传输的影响。 为了完全删除多径延时，在每个OFDM符号中引入保护间隔，保护间隔的选择大于预期的延时扩展。 在保护间隔中可以不包含任何信息。但是这时会引起子载波间的干扰。如下图： 在保护间隔中不传输信号，引起的干扰 当OFDM接收机对第一子载波进行解调时，由于不是整数倍的周期差；因此第二个子载波会对第一个子载波造成干扰。 为了删除ICI，加入循环前缀 为了删除ICI，OFDM符号被周期地扩展到保护间隔中，这样在FFT间隔中，总是存在整数倍的周期，如下图： 多径延时对OFDM的影响 OFDM信号处理流程 8.4 OFDM参数的选择和设计 主要参数： 带宽、比特率、时延扩展； 参数的选择是一个折中的过程。 保护间隔设计 延迟扩展直接反映在保护间隔上。 通常选择保护间隔是时延扩展均方根值的2?4倍。 符号间隔设计 引入保护间隔，使一个符号信噪比有损失； 为了尽量减小这个损失，希望有较大的符号间隔（大于保护间隔）； 符号间隔较大的缺点 设计：符号间隔至少是保护间隔的5倍。 子载波总数的确