基于OFDM的无线移动通信

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通过一些通俗易懂的图形,对正交频分复用(OFDM)的基本原理及其在移动通信中的应用进行了阐述。首先从高的频谱利用率和抗多径衰落出发,先对OF DM优点的基本原理进行了阐述,然后分析了循环前缀对时间弥散信道所带来的ISI和ICI的消除。最后,对OFDM的缺点进行了说明。

关键词:OFDM; DFT; 多径衰落; ISI; ICI

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。

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。

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:

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)。

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。

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。

 

   来源:21IC电子网
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