无线通信原理基于matlab的ofdm系统设计与仿真样本

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载波和第二子载波的时延信号。从图中能够看到, 由于在FFT运算时间长度内, 第一子载波与带有时延的第二子载波之间的周期个数只差不再是整数, 因此当接收机试图对第一子载波进行解调时, 第二子载波会对此造成干扰。同时, 当接收机对第二子载波进行解调时, 也会来自第一子载波的干扰。Tg在系统带宽和数据传输速率都给定的情况下, OFDM信号的符号速率将远远低于单载波的传输模式, 例如在单载波BPSK调制模式下, 符号速率相当于传输的比特速率, 而在OFDM中, 系统带宽由N个子载波占用, 符号速率则为单载波传输模式的1/N。正是因为这种低符号速率使OFDM系统能够自然的抵抗多径传输导致的码间干扰。另外, 经过在每个符号的起始位置增加保护间隔能够进一步抵制ISI, 还能够减少在接收端的定时偏移错误。这种保护间隔是一种循环复制, 增加了符号的波形长度, 在符号的数据部分, 每一个子载波内有一个整数倍的循环, 此种符号的复制产生了一个循环的信号, 即将每一个OFDM的后时间中的样点复制到OFDM符号的前面, 形成前缀, 在交接点没有任何的间断。因此将一个符号的尾端复制并补充到起始点增加了符号的时间长度, 如图1-6所示。

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图1-6 保护间隔和循环前缀

1.6 OFDM 系统的优点和缺点 1.61 OFDM 系统的优点

近年来, OFDM系统已经越来越得到人们的广泛关注, 其原因在于OFDM系统存在如下的主要优点:

( 1) 把高速数据流经过串并转换, 使得每个子载波上的数据符号持续长度相对增加, 从而能够有效地减小无线信道的时间弥散所带来的ISI, 这样就减小了接收机内均衡的复杂度, 有时甚至能够不采用均衡器, 仅经过采用插入循环前缀的方法消除ISI的不利影响。

( 2) 传统的频分多路传输方法中, 将频带分为若干个不相交的子频带来传输并行的数据流, 在接收端用一组滤波器来分离各个子信道。这种方法的优点是简单、 直接, 缺点是频谱的利用率低, 子信道之间要留有足够的保护频带, 而且多个滤波器的实现也有不少困难。而OFDM系统由于各个子载波之间存在正交性, 允许子信道的频谱相互重叠, 因此与常规的频分复用系统相比,

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OFDM系统能够最大限度地利用频谱资源。

( 3) 各个子信道中的这种正交调制和解调能够采用IDFT和DFT方法来实现。对于N很大的系统中, 我们能够经过采用快速傅里叶变换(FFT)来实现。随着大规模集成电路技术与DSP技术的发展, IFFT和FFT都是非常容易实现的。

( 4) 无线数据业务一般都存在非对称性, 即下行链路中传输的数据量要远远大于上行链路中的数据传输量。另一方面, 移动终端功率一般小于1W, 在大蜂窝环境下传输速率低于10kbit/s—l00kbit/s; 而基站发送功率能够较大。有可能提供1Mbit/s以上的传输速率。因此无论从用户的数据业务的使用需求, 还是从移动通信系统自身的要求考虑, 都希望物理层支持非对称高速数据传输。而OFDM系统能够很容易地经过使用不同数量的子信道来实现上行和下行链路中不同的传输速率。

( 5) 由于无线信道存在频率选择性, 不可能所有的子载波都同时处于比较深的衰落情况中, 因此能够经过动态比特分配以及动态子信道分配的方法, 充分利用信噪比较高的子信道, 从而提高系统的性能。而且对于多用户系统来说, 对一个用户不适用的子信道对其它用户来说可能是性能比较好的子信道, 因此除非一个子信道对所有用户来说都不适用, 该子信道才会被关闭, 但发生这种情况的概率非常小。

( 6) OFDM系统能够容易与其它多种接入方法相结合使用, 构成OFDMA系 统 , 其 中 包 括 多 载 波 码 分 多 址 MC—

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CDMA 、 跳 频 OFDM 以 及OFDM—TDMA等等, 使得多个用户能够同时利用OFDM技术进行信息的传递。

( 7) 因为窄带干扰只能影响一小部分的子载波, 因此OFDM系统能够在某种程度上抵抗这种窄带干扰。 1.62 OFDM 系统的缺点

( 1) 易受频率偏差的影响: 由于子信道的频谱相互覆盖, 这就对它们之间的正交性提出了严格的要求。然而由于无线信道存在时变性, 在传输过程中会出现无线信号的频率偏移, 会使得OFDM系统子载波之间的正交性遭到破坏, 从而导致子信道间的信号相互干扰(ICI), 这种对频率偏差敏感是OFDM系统的主要缺点之一。

( 2) 存在较高的峰值平均功率比: 与单载波系统相比, 由于多载波调制系统的输出是多个子信道信号的叠加, 因此如果多个信号的相位一致时, 所得到的叠加信号的瞬时功率就会远远大于信号的平均功率, 导致出现较大的峰值平均功率比(PAR)。这样就对发射机内放大器的线性提出了很高的要求, 如果放大器的动态范围不能满足信号的变化, 则会为信号带来畸变, 使叠加信号的频谱发生变化, 从而导致各个子信道信号之间的正交性遭到破坏, 产生相互干扰, 使系统性能恶化。

第二章 OFDM系统的设计

2.1 OFDM帧结构的设计

和许多数字通信系统一样, 在OFDM系统中, 被发送的信号也