文档介绍：《通信原理》课外学习报告
基于ofdm技术的的理论研究
ofdm技术简介
ofdm技术是一种多载波调制技术,最初用于军事通信,由于采用dft实现多载波调制,同时lsi的发展解决了ifft/fft的实现问题以及其他关键技术的突破,ofdm开始向诸多领域的实际应用转化,现在成为一种很有发展前途的调制技术。ofdm是一种高速数据传输技术,该技术的基本原理是将高速串行数据变换成多路相对低速的并行数据并对不同的载波进行调制。这种并行传输体制大大扩展了符号的脉冲宽度,提高了抗多径衰落等恶劣传输条件的性能。传统的频分复用方法中各个子载波的频谱是互不重叠的,需要使用大量的发送滤波器和接受滤波器,这样就大大增加了系统的复杂度和成本。同时,为了减小各个子载波间的相互串扰,各子载波间必须保持足够的频率间隔,这样会降低系统的频率利用率。而现代ofdm系统采用数字信号处理技术,各子载波的产生和接收都由数字信号处理算法完成,极大地简化了系统的结构。同时为了提高频谱利用率,使各子载波上的频谱相互重叠,但这些频谱在整个符号周期内满足正交性,从而保证接收端能够不失真地复原信号。
当传输信道中出现多径传播时,接收子载波间的正交性就会被破坏,使得每个子载波上的前后传输符号间以及各个子载波间发生相互干扰。为解决这个问题,在每个ofdm传输信号前面插入一个保护间隔,它是由ofdm信号进行周期扩展得到的。只要多径时延超过保护间隔,子载波间的正交性就不会被破坏。
ofdm技术特点
ofdm尽管还是一种频分复用(fdm),但已完全不同于过去的fdm, ofdm的接收机实际上是通过fft来实现的一组解调器。它将不同载波搬移至零频,然后在一个码元周期内积分,其他载波信号由于与所积分的信号正交,因此不会对信息的提取产生影响。ofdm的数据速率也与子载波的数量有关。
ofdm每个载波所使用的调制方法可以不同。各个载波能够根据信道状况的不同选择不同的调制方式, 比如bpsk,qpsk,8psk,16qam ,64qam等,以取得频谱利用率和误码率之间的最佳平衡为原则,通过选择满足一定误码率的最佳调制方式就可以获得最大频谱效率。无线多径信道的频率选择性衰落会导致接收信号功率大幅下降,经常会达到30db之多,信噪比也随之大幅下降。为了提高频谱利用率,应该使用与信噪比相匹配的调制方式。可靠性是通信系统正常运行的基本考核指标,所以很多通信系统都倾向于选择bpsk或qpsk调制,以确保在信道最坏条件下的信噪比满足要求,但是这两种调制方式的频谱效率很低。ofdm技术使用了自适应调制,可以根据信道条件来选择使用不同的调制方式。比如在终
端靠近基站时,信道条件一般会比较好,调制方式就可以由bpsk(频谱效率1 bit/()转换成16~64qam(频谱效率4~6 bit/ (),整个系统的频谱利用率就会得到大幅度的改善。自适应调制能够扩大系统容量,但它要求信号必需包含一定的开销比特
,以告知接收端发射信号所应采用的调制方式。终端还须定期更新调制信息,这也会增加开销比特。
ofdm还采用了功率控制与自适应调制相协调的工作方式。信道条件好的时候,发射功率不变就可以采用高调制方式(如64qam ),或者在低调制方式(如qpsk)时降低发射功率。如果在差的信道上使用较高的调制方式,就会产生很高的误码率,影响系统的可用性。自适应调制要求系统必须对信道的性能有及时和准确的了解,ofdm系统可以用导频信号或参考码字来测试信道的好坏,发送一个已知数据的码字,测出每条信道的信噪比,根据这个信噪比来确定最适合的调制方式。
实现ofdm 的关键技术包括:同步技术、降低papr(功率峰均值比) 技术、信道估计与均衡、信道编码与交织等。
2. ofdm技术的发展及现状
正交频分复用是一种把高速率的串行数据通过频分复用来实现并行传输的多载波传输技术,其思想早在20世纪60年代就己经提出了,但由于并行传输系统需要基带成形捧波器阵列,正弦波载波发生器阵列及相干解调阵列,采用传统的模拟的方法实现是相当复杂的、昂贵的,因而早期并没有得到实际应用。1971年,weistein和ebert提出了用离散傅立叶变换(dft)来实现多载波调制,人们开始研究并行传输的多载波系统的数字化实现方法,将dft运用到ofdm的调制解调中,为ofdm的实用化奠定了基础,大大简化了多载波技术的实现。运用dft实现的ofdm系统的发送端不需要多套的正弦发生器,而接收端也不需要用多个带通滤波器来检测各路子载波,但由于当时的数字信号处理技术的限制,ofdm 技术并没有得到广泛应用。80年代,人们对多载波调制在高速调制解调器、数字移动通信等领域中的应用进行了较为深入的研究,