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什么是多载波调制技术?

发布时间:2019-07-10 02:04 来源:未知 编辑:admin

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  摘 要:文章介绍了无线信道的特征,进而引出多载波调制技术,着重介绍了正交频分复用(OFDM)的原理、优缺点及其在无线通信中的广泛应用。?

  随着通信技术的不断成熟和发展,现代通信传输方式有很多种,但根据基本通信信道可以分为有线和无线。有线信道信号受外界干扰小,但须铺设传输线路,网络建立麻烦;而无线信道恰恰克服了这个缺点,但由于地面情况复杂,信道条件恶劣,对传输信号会造成很大的干扰。?

  多径效应即接收机所接收到的信号是通过直射、反射、折射等不同的路径到达接收机的。这些幅度衰减和时延各不同的信号相互重叠,产生干扰,造成接收端判断错误,严重影响信号传输质量。这种特性称为信道的时间弥散性(Time Dispersion),同一个信号中不同的频率成分体现出不同的衰落特性,在信号带宽接近和超过信道相干带宽处,会产生频率选择性衰落(Frequency Selective Fading)。图1是在多径情况下发送一个宽度为T的脉冲时收端所接收到的信号情况,τmax为最大时延扩展。在数字传输系统中,多径效应对传输的数字信号产生时延扩展,造成接收端码间干扰(ICI,Inter-Code Interference)。当数据传输速率非常高时,收端信号波形重叠程度将进一步加深,信号间干扰将更加严重。所以时间弥散是使无线信道传输速率受限的主要原因之一。?

  衰落信道的传递函数h(t)是随时间变化而变化的。发送端在不同时刻t1、t2发送相同的信号,在接收端收到的信号是不同的。时变性在移动通信系统中的具体体现就是多普勒频移(Doppler shift)。这样就造成了信道的频率弥散性。多普勒频移对载波频偏敏感的通信系统性能会产生很大的影响。?

  我们所采用的单载波调制一般采用一个载波信号。在数据传输速率不太高、多径干扰不是特别严重时,通过使用合适的均衡算法可使系统正常工作。但是对于宽带数据业务来说,由于数据传输速率较高,时延扩展造成数据符号间的相互重叠,从而产生符号间干扰(ISI,Inter-Symbol Interference),这对均衡提出了更高的要求,需要引入非常复杂的均衡算法,实现比较困难。另外,当信号的带宽超过和接近信道的相干带宽时,信道仍然会造成频率选择性衰落。

  而多载波调制(Multicarrier Modulation)采用了多个载波信号。它把数据流分解为若干个子数据流,从而使子数据流具有低得多的传输比特速率,利用这些数据分别去调制若干个载波。所以,在多载波调制信道中,数据传输速率相对较低,码元周期加长,只要时延扩展与码元周期相比小于一定的比值,就不会造成码间干扰。因而多载波调制对于信道的时间弥散性不敏感。?

  多载波调制可以通过多种技术途径来实现,如多音实现(Multitone Realization)、正交多载波调制(OFDM)、MC-CDMA和编码MCM(Coded MCM)。其中,OFDM可以抵抗多径干扰,是当前研究的一个热点。?

  传统的频分多址(FDMA)将频带分为若干个不相重叠的子频带来传输并行的数据流,在接收端用一组滤波器来分离各个子信道。这种方法的优点是简单、直接。但是频谱的利用率低,子信道之间要留有保护频带,而且在频分路数N较大时多个滤波器的实现使系统复杂化。图2是传统FDM的频谱示意图。?

  OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)调制,可以追溯到本世纪60年代中期。70年代,人们提出用离散傅里叶变换(DFT)实现多载波调制,简化了系统结构,才使得OFDM技术实用化。80年代,人们研究如何将OFDM技术应用于高速MODEM。90年代以来,OFDM技术的研究深入到在无线调频信道上的宽带数据传输。在高速无线环境下,OFDM技术的优势突出,现已被广泛应用于民用通信系统中。?

  OFDM中的各个载波是相互正交的,每个载波在一个符号时间内有整数个载波周期,且每个载波的频谱零点都和相邻载波的零点重叠,这样便减小了载波间的干扰。由于载波间有部分重叠,所以它比传统的FDMA提高了频带利用率。OFDM的频谱示意图如图3所示。为了增加数据的吞吐量,提高数据传输速度,OFDM又采用了一种称为HOME PLUG的技术,对所有将要发送信号的载波进行合并处理,把众多的子信号合并成一个独立的传输信号进行发送。由于将传输数据分配到许多正交的子信道上,从而可以将频率选择性衰落引起的突发误码分散到不相关的子信道上,改变为随机性误码,有效地减少和克服了码间干扰带来的影响。

  在发送端,串行码元序列先进行串并转换成N路子码元d(0),d(1),……,d(N-1),然后分别调制在N个正交的子载波f(0),f(1),……,f(N-1)上,最后将这N路调制信号相加发送出去;在接收端首先对接收信号进行采样,然后使用N个相同的子载波进行N路解调,再将这N路解调信号并串输出,复现发送的信号。N个正交子载波频率:?

  即D(kTb)是d(n)的(反离散傅里叶变换)。利用DFT,不仅可以保证各子载波之间的正交性,而且可以利用其快速算法FFT来加快OFDM的调制解调速度,也便于采用超大规模集成(VLSI)技术。?

  1)适应不同设计需求,灵活分配数据容量和功率,便于提供灵活的高速和变速综合数据传输。2)能提供较大的系统容量,且具有较强的抗多径干扰、抗频率选择性衰落和频率扩散能力,适应多径和移动信道传播条件。由于它具有较强的多径能力,故可使用于单频网(SFN)中。3)可以实现较高的安全传输性能。它允许数据在复数、高速的射频上编码。?

  4)能够持续不断地监控传输介质上通信特性的突然变化。能动态地接通或切断相应的载波,以保证持续地进行成功的通信。?

  1)信号呈现很大的峰平功率比(PAPR),比单载波系统需要更宽的线性范围。由于采用 DFT实现调制和解调,故对载波频率偏移、相位噪声和非线性放大更为敏感。若要避免信号失真和频谱扩展,则需要动态范围很大的线性放大器。如何降低信号的峰平功率比是OFDM技术中的一个难点。

  2)OFDM的基础是子载波必须满足正交,如果正交性恶化,则整个系统的性能会严重下降,产生OFDM特有的子载波间串扰。在实际工作中由于无线衰落信道的时变性,往往会造成频率弥散,引起多普勒频移效应,从而影响载波频率正交性。如何实现子载波的精确同步是OFDM技术中的另一个难点。

  无线通信业务的多媒体化是发展方向之一。业务的多媒体化要求有高速的数据传输来支撑,因而宽带的高速数据传输是无线通信必然的发展趋势。目前,OFDM技术的良好性能使其在高速无线通信领域得到了广泛应用。欧洲的数字音频广播(DAB)系统和数字视频广播(DVB-T)系统使用的就是OFDM调制技术。?

  欧洲的ACTS项目中也使用了OFDM技术。它使用5~61GHz 4个频段,提供高数据传输速率服务。

  OFDM还是WLAN(ETSI HIPERLAN/2和IEEE 802.11a)和宽带无线)的核心技术。随着DSP芯片技术的发展,傅立叶变换/反变换、信道自适应、插入保护间隔等成熟的技术逐步引入到无线通信领域,人们将不断开发OFDM在无线通信领域的应用。??

  〔7〕赵亚红,李伟华,吴伟陵?·正交多载波调制(OFDM)技术及其应用?·电讯技术,2001〔8〕梅剑平,全子一?·正交频分复用(OFDM)及其在高速数字通信中的应用?·电信

  1、它把(高)数据流分解为若干个子数据流(低速比特流),从而使子数据流具有低得多的传输比特速率,利用这些数据分别去调制若干个载波。即在频域将给定的一个信道分成许多子信道,在每个子信道上使用一个子载波进行调制。一般子信道之间没有频谱重叠。 MCM 本质上可以看作是一种频分复用 (FDM) 调制。

  2、在多载波调制信道中,数据传输速率相对较低,码元周期加长,只要时延扩展与码元周期相比小于一定的比值,就不会造成码间干扰。因而多载波调制对于信道的时间弥散性不敏感。多载波调制可以通过多种技术途径来实现,如多音实现(Multitone Realization)、正交多载波调制(OFDM)、MC-CDMA和编码MCM(Coded MCM)。

  3、OFDM可以抵抗多径干扰,是当前研究的一个热点。多载波调制的主要优点是具有抵抗无线信道时间弥散的特性。

  1、它是指用一个信号去调制一个载波,并且在一个信道中只有一个载波信号,即一个已调信号占据了信道的所有带宽。

  2、在单载波调制技术中,调制信号改变载波的三个特征:振幅、频率和相位。在数字调制技术中,相应地表现为振幅键控 (ASK) 、频移键控 (FSK) 、移相键控 (PSK) 、正交调幅 (QAM) 和其它一些调整方法。

  它把数据流分解为若干个子数据流,从而使子数据流具有低得多的传输比特速率,利用这些数据分别去调制若干个载波。

  所以,在多载波调制信道中,数据传输速率相对较低,码元周期加长,只要时延扩展与码元周期相比小于一定的比值,就不会造成码间干扰。因而多载波调制对于信道的时间弥散性不敏感。

  展开全部一:载波调制,就是把普通信号(声音、图象)加载到一定频率的高频信号上,在没有加载普通信号的高频信号时,高频信号的波幅是固定的,加载之后波幅就随着普通信号的变化而变化。通常这样就需要一整套的设备。

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