数字通信-第7章多载波系统

单载波传输：把数据流所构成的基带信号去调制一个载波。在高速无线信道传输中,由于电磁波的多径，当时延扩展大于码元周期时，会造成码间干扰（频率选择性

）。解决的方法之一是多载波传输。OFDM调制2014-11-32多载波传输：先把高速数据流经串并变换转换成一组低速数据流，然后各自去调制相应载波，并行传输。串->并形成子信道，速率降低，对抗深多载波调制，也称为多音调调制。通常的频分复用（FDM）就是多载波调制。正交频分复用调制（OFDM）是一种特殊的多载波调制方式。多载波传输2014-11-331、OFDM方式允许各子信道频谱重迭；节省了的频带f为了防止各子信道之间的串扰，OFDM要求各子载波相互正交；fOFDM可以利用离散Fourier变换（DFT）来实现其调制和解调；2014-11-34正交频分复用调制与传统的频分复用的区别：OFDM系统的子载波由于：各子载波之间相互正交，可以避免ICI信号具有最小带宽故可推得：若每个子信道的传输速率为1/T，则子载波的频率之间相差也为1/T。（T叫做OFDM符号的周期）2014-11-35OFDM系统的基本模型从ts开始的OFDM符号可表示为：N

1its

t

ts

Ts(t)

Re

i0d

rect t

t

T

exp

j2

f

i

t

t

,

s

2

c+信道ejot1ejtejN1t积分T

se

jot积分积分e

j1tejN1tP/Ss(t)2014-11-36dS/P0d1dN10dˆ1dˆdˆN1图中表示组成OFDM信号的4个子载波。在实际系统中各子载波的幅度和相位往往是不相同的。但在一个OFDM的有效符号时间T中都包含了每个子载波的整数个周期，而且相邻子载波在一个OFDM有效符号时间中相差一个周期。2014-11-37频率上的

函数的卷积。iN

1

(

f

f

)

ioOFDM信号的频谱：OFDM信号的频谱可看成是周期为T的矩形脉冲波形的频谱与各子载波2014-11-38子载波的正交性，及解调：由于OFDM子载波之间的正交性，即所以OFDM对第

k

个子载波解调为，SSt

TksiSktTdˆ

1TT2

kexp

j

N

1(t

t

)

d

exp

j

2i

(t

t

)

d

i0于是其它的子载波对于解调子载波不造成干扰。01T2

nt2

mtTnexp

j(j(mTT

)

exp

)

dt

1

m

n0

m

n2014-11-39OFDM系统的调制和解调的实现正交调制和解调可用IFFT和FFT实现。OFDM等效低通信号：s(t)

isst

t

t

TTN

1i

0d

rect t

t

T

exp

j2

i

s

2

t t

s

,

对s(t)以T/N的速率进行抽样，即令则：t

kT

/

Nd

exp

j2014-11-310N

1i0ks

N2ik, 0

k

N

1

i2014-11-311OFDM系统的调制和解调的实现解调可用FFT实现。在接收端对sk进行逆变换，即DFT得到：N

1i

0ikd

N2

ik, 0

i

N

1s

exp

j2014-11-312保护时间与循环前缀为了最大限度地消除码间干扰（ISI），可以在OFDM符号之间加入保护时间

。保护时间的长度要大于预期的多径信道最大时延扩展。在保护时间中，OFDM系统完全不传输数据，它是一段空白。这样使得一个符号的多径时延分量不会干扰后继符号。加上保护时间后的OFDM符号时间长度为Ts

T

，其中OFDM的积分时间（即IDFT/DFT时间），仍为T（有效符号时间），相邻子载波频率间隔仍为1/T

。2014-11-313空白的保护时间虽然能够消除多径展宽引起的码间干扰，但使子载波之间的正交性被破坏，产生子载波之间的串扰，即产生信道间干扰（ICI）。对子载波#1的ICI延时的子载波#2保护时间OFDM有效符号时间（FFT时间）OFDM符号时间子载波#1为了消除子信道之间的串扰，OFDM采用在原来空白保护时间中加循环前缀的方法。如图7.6.6所示，把OFDM符号的后面一段波形

到原来空白保护时间中。由于OFDM有效时间T中包含了子载波的整数周期，所以这样加循环前缀不会在拼接处造成相位的突变。0T-Tg2014-11-314设经过IDFT的OFDM时域数据为：i

sk

IDFT

d

N

1i0id

exp

jN2ik

, 0

k

N

1k

0,1,2

, ,

N

1kx

sk

N

s

k则加循环前缀后的OFDM符号为：k

m,

m

1, ,

1其中m

N

为循环前缀的长度。T2014-11-3152014-11-316保护间隔和循环前缀为了对抗时延扩展，应加保护间隔，并且：由于空闲的保护间隔会引起ICI，因此，应加循环前缀TmaxTg串并变换多载波调制（IDFT）加循环前缀和并串变换D/A变换频率上变换频率下变换A/D变换并串变换去循环前缀和串并变换多载波解调（DFT）OFDM的调制，解调系统方框图2014-11-317在OFDM系统的实际运用中，可采用更方便、更快捷的IFFT/FFT。OFDM系统框图AWGNX

(k)Xd

(k)交织编调制导频IFFT串/并加CP并/串图2

OFDM系统框图信道串/并去CPFFT信道估计去除导频并/串译解交织h(n)解调2014-11-318OFDM系统的优点串->并，减小ISI最大限度利用频谱资源正交调制和解调可用IFFT和FFT实现便于实现上下行链路不同的传输速率有效减小频率选择性便于与其他多种接入方式结合2014-11-3192