浅谈ofdm原理及其应用.doc

《浅谈ofdm原理及其应用.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、1OFDM原理11概述正交频分复用（OFDM，OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing）是一种多载波数字调制技术，也可以被当作一种复用技术。具有频谱利用率高、抗多径干扰等特点，OFDM系统能够有效地抵抗无线信道带来的影响，例如信道的频率选择性衰落，脉冲噪声和共信道干扰的影响。12OFDM系统模型OFDM系统的调制器、解调器的原理框图如图1所示。每个子载波上的信号采用差分相位键控（PSK）调制方式。一个OFDM符号之内包括多个经过调制的子载波的合成信号，其中每个子载波都可以受到相移键控（PSK）或者正交幅度调制（QAM

2、）符号的调制。采用复等效基带信号来描述OFDM的输出信号，其中实部和虚部分别对应于ＯFDM符号的同相和正交分量，在实际中可以分别与相应子载波的cos分量和sin分量相乘，构成最终的子信道信号和合成的OFDM符号。OFDM符号频谱可以满足奈奎斯特准则，即多个子信道频谱之间不存在相互干扰，但这是出现在频域中的。这种一个子信道频谱的最大值对应于其它子信道频谱的零点可以避免子信道间干扰（ICI）的出现。 21数字音频广播（DAB）OFDM在数字广播电视系统中应用，其中数字音频广播（DAB）标准是第一个正式使用OFDM的标准。选择OFDM作为数字音频广播和数字视频广播（DVB）的主要

3、原因在于：OFDM技术可以有效地解决多径时延扩展问题。DAB是在现有模拟AM和FM音频广播的基础上发展起来的，它可以提供更优质的语音质量、更新的数据业务以及更高的频谱效率，它所提供的语音质量可以与CD音质相媲美。在DAB系统中使用OFDM的一个重要原因就是可以使用单频网络，这样就可以大大提高系统的频谱效率。在单频网络中，用户从不同的接收机同时接收相同的信号。由于不同发射机之间存在传播差异，因此不同的达到信号之间会存在时延，这一点可从图3中看到，其中不同的信号时延（距离差异除以光速）先后到达用户。而对于用户来说，这种情况相当于两径的衰落信道。因此，只要这两个信号之间的传播差异小于O

4、FDM符号的保护间隙，就不会出现ISI和ICI。两个时间移位信号的叠加，使得合成信号处于深度衰落的概率要远远低于一个信号处于深度衰落的概率，故可获得分集接收的好处例如当两个发射机相距40km，信号的时延扩展会达到133μs。系统中存在的另外一种限制就是多谱勒频移和接收机内本地振荡器的频率波动，这就要求在子载波之间必须存在最小的频率间隔，由此存在最大的符号周期长度限制。对于工作于240MHz的DAB系统来说，如果车辆移动速度为31m/s，则多谱勒频移可以达到25Hz，为了尽量减少由此造成的子载波间的干扰，子载波间隔必须远远大于多谱勒频移。被发送的DAB信号的构成可以参见图4。音

5、频编码器接收2路的音频立体声数据样值，其中以48kHz进行采样，每个样值中包括16个比特，因此每信道的总速率为768kbit/s。然后，音频编码器的输出与伪随机序列进行模2加，实现加扰，其中伪随机序列可以来自9比特的反馈移位寄存器。实施这种加扰的目的在于确保被发送信号的频谱能够适当被分布在频谱范围内。此外，如果需要的话，标准中还需要考虑采用额外的加密算法。经过加扰的数据再进行卷积编码。首先经过编码速率为1/4、约束长度为7的卷积码进行编码，提供对抗衰落的能力。然后，可以通过凿孔操作，把编码效率提高8/n，其中n可以界于9到32之间的任何整数。根据所要求误码率，每个音频信道可以具备不同

6、的编码效率。如果n＝9，则可以得到最大的数据速率为1536×2×8/9×1/1246×10－3＝22Mbit/s。最后对编码数据在频域内进行交织，以避免深衰落情况对一组子载波造成的不利影响。把多个音频信道复用，并且与包含其它数据的信号组合在起来。信号可以以帧为单位进行组织，见图5。帧内可以包含2个同步符号、3个数字额外开销符号，然后跟随72个符号的音频复用信息。这样，一帧的长度大约为77×1246＝96ms。把额外开销符号和信息符号分配给子载波之前，要对它们实施交织，使得信号进一步被随机化。第1个同步符号可以是空符号，这是一段静音时间，其长度要稍大于常规O

7、FDM符号的长度，通过简单的包络检测，就可以粗略地实现帧对齐。第2个同步符号为固定值，用于提供精确同步，以及为随后符号的差分解调提供参考相位。额外开销比特中携带对随后信息进行译码所必需的参数。未经处理的原始比特速率可以通过下式计算：原始比特速率＝72个符号×1536个子载波/符号×2比特/子载波/0096s＝23Mbit/s如上所述，每个子载波内都可以采用差分QPSK调制，这种差分编码可以在同一个子载波的时域内实施，而不是在