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正交頻分復用技術及其應用
摘要:簡述了正交頻分復用技術的發(fā)展及特點,論述了其原理及實現(xiàn)方法,構建了OFDM系統(tǒng)的實現(xiàn)框圖,并進行了計算機仿真。最后介紹了幾種典型應用。關鍵詞:正交頻分復用(OFDM) 多載波調制
隨著通信需求的不斷增長,寬帶化已成為當今通信技術領域的主要發(fā)展方向之一,而網絡的迅速增長使人們對無線通信提出了更高的要求。為有效解決無線信道中多徑衰落和加性噪聲等問題,同時降低系統(tǒng)成本,人們采用了正交頻分復用(OFDM)技術。OFDM是一種多載波并行傳輸系統(tǒng),通過延長傳輸符號的周期,增強其抵抗回波的能力。與傳統(tǒng)的均衡器比較,它最大的特點在于結構簡單,可大大降低成本,且在實際應用中非常靈活,對高速數(shù)字通信量一種非常有潛力的技術。
1 正交頻分復用(OFDM)技術的發(fā)展
OFDM的概念于20世紀50~60年代提出,1970年OFDM的專利被發(fā)表[1],其基本思想通過采用允許子信道頻譜重疊,但相互間又不影響的頻分復用(FDM)方法來并行傳送數(shù)據。OFDM早期的應用有AN/GSC_10(KATHRYN)高頻可變速率數(shù)傳調制解調器等[1]。
在早期的OFDM系統(tǒng)中,發(fā)信機和相關接收機所需的副載波陣列是由正弦信號發(fā)生器產生的,系統(tǒng)復雜且昂貴。1971年Weinstein和Ebert提出了使用離散傅立葉變換實現(xiàn)OFDM系統(tǒng)中的全部調制和解調功能[3]的建議,簡化了振蕩器陣列以及相關接收機中本地載波之間嚴格同步的問題,為實現(xiàn)OFDM的全數(shù)字化方案作了理論上的準備。
80年代以后,OFDM的調制技術再一次成為研究熱點。例如在有線信道的研究中,Hirosaki于1981年用DFT完成的OFDM調制技術,試驗成功了16QAM多路并行傳送19.2kbit/s的電話線MODEM[4]。
1984年,Cimini提出了一種適于無線信道傳送數(shù)據的OFDM方案[5]。其特點是調制波的碼型是方波,并在碼元間插入了保護間隙,該方案可以避免多徑傳播引起的碼間串擾。
進入90年代以后,OFDM的應用又涉及到了利用移動調頻(FM)和單邊帶(SSB)信道進行高速數(shù)據通信、陸地移動通信、高速數(shù)字用戶環(huán)路(HDSL)、非對稱數(shù)字用戶環(huán)路(ADSL)、超高速數(shù)字用戶環(huán)路(VHDSL)、數(shù)字聲廣播(DAB)及高清晰度數(shù)字電視(HDTV)和陸地廣播等各種通信系統(tǒng)。
2 OFDM的原理
OFDM技術是一種多載波調制技術,其特點是各副載波相互正交。
設{fm}是一組載波頻率,各載波頻率的關系為:
{fm}=f0+m/T m=0,1,2,…N-1 (1)
式中,T是單元碼的持續(xù)時間,f0是發(fā)送頻率。
作為載波的單元信號組定義為[16]:
[1] [2] [3] [4]
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