在第四代移动通信系统中,大家都熟知上行链路通信系统采用的是SC-FDMA,而下行链路通信系统采用的是OFDM技术。这是因为在用户端,也就是我们离不开的手机,由于便捷性的原因其不可以做太大,所以其发射功率不能很大,而基站则是可以做很大的。OFDM技术采用的IFFT技术会出现偶尔一次的信号的同向叠加,从而出现PAPR(峰均比)比较高,这也就是导致采用OFDM技术最后需要的发射功率会很大的原因,所以这种技术是不适用于上行链路的,也就是从手机端到基站端,理解OFDM通信系统,在我看来,一方面是要理解整体的系统框架,另一方面,要理解为什么DFT快速发展后,出现快速算法FFT后,OFDM系统才会被广泛使用,同时要理解循环前缀的作用以及为什么可以进行频域均衡。
1.OFDM基本框架
正交频分复用(OFDM)是一种特殊的多载波数字通信调制技术,是一种特别适合在时延色散环境下进行高数据速率传输的调制方案。该方案将高速数据流转换为若干低速数据流,采用一组并行的易于均衡的窄带信道进行传输。OFDM系统模型如图3-1所示。该模型通过将发射端的高速传输的信息比特流经过串并转换,变成可以传输的OFDM符号,使得信号的带宽小于信道的相干带宽,从而克服由高速数据传输引起的码间串扰,而后对每路数据用不同的子载波来进行调制,不同子载波之间的频率差为1/Ts,各个子载波之间通过引入循环前缀(CP)来防止子载波干扰(ICI),将N路调制后的信号进行叠加,构成当前的发射符号。在接收端,通过对接收到的发射符号进行相反的处理,可以得到原始的信息比特流。
2.利用IFFT来实现OFDM系统
假设高速传输的信息流周期为,经过星座映射和串并转换后变成N路子符号集合,N路子信道信号可以表示为,且每个子载波调制的频率不同,依次表示为,N个子载波之间的间隔为,任意两个子载波之间是正交的,这样有利于接收端对信号的接收。将OFDM信号用复数方式表示为:
3.循环前缀好处
循环前缀将OFDM符号尾部的一部分复制到OFDM符号的前面作为保护间隔,其作用是消除符号干扰和信道间干扰:充当保护间隔消除ISI,因为CP的存在使得前一个符号多径的副本都落在后一个符号的间隔范围内,从而消除前后两个数据块之间的干扰,但是这样的话,进行一定间隙的间隔也是可以实现的。加入循环前缀还有一个作用就是,使每个OFDM符号的一部分呈现周期性,将信号与信道冲激响应的线性卷积转换成循环卷积,时域循环卷积相当于频域直接相乘,从而可以进行频域均衡。
最核心最重要的就是CP是将线性卷积转化为循环卷积的。其过程如下:
1.设信道长度为L,则信道为:
后面公式太多,截图算了
4.频域均衡
5.内容仿真
基于Matlab的仿真参数可以设置为以下几个参数。
表5-1 仿真参数的设置
参数类型 | 仿真参数 |
子载波个数 | 52 |
数据块个数 | 100 |
循环前缀长度 | 16 |
帧长 | 52*100 |
总帧数 | 10 |
调制方式 | 64QAM/16QAM/QPSK |
信道模型 | 理想瑞利信道 |
信道长度 | H=5,10,16,20,30 |
IFFT点数 | 64 |
信噪比(dB) | 0:3:30 |
(CSI下)均衡算法 | ZF |
仿真结果如果5-1和5-2所示。图5-1为OFDM系统不同调制方式的误码率对比。图5-2为OFDM系统下QPSK误码率随信道长度变化的对比图。
图5-1不同调制方式的误码率对比图
图5-5 QPSK误码率随信道长度变化的对比图
代码: