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OFDM 调制器

使用 OFDM 方法进行调制。

类型: OFDMModulator

ofdm modulator

图书馆中的路径:

/Communication Systems/Modulation/Digital Modulation/OFDM/OFDM Modulator

说明

OFDM 调制器 单元使用正交频分复用技术（OFDM）在频域对信号进行调制。输出是 OFDM 调制信号的基本表示。

该装置有一个输出端口和一个或两个输入端口，具体取决于 Pilot input port 参数的状态。

端口

输入端口

输入 - 输入宽带信号
阵列

输入宽带信号，指定为一个数组 至 至 。

  • - 数据的子载波数，使得 .

    • - 由 *FFT 长度 * 参数定义的子载波数。

    • - 左保护带中的子载波数，由*保护带数*参数的第一个元素决定。

    • - 右保护带中的子载波数，由*保护带数*参数的第二个元素确定。

    • - DC null 中的子载波数，通过选择 Insert DC null 指定为 "0 "或 "1"。

    • - 每个符号中的先导子载波数。

      • 如果选择 Pilot 输入端口， size(Pilot subcarrier indices,1)。

      • 如果未选择 Pilot 输入端口， 来计算 。

    • - 用于自定义零的子载波数。要使用自定义零，Pilot 子载波索引 必须指定为三维数组。

  • - 由*OFDM 符号数*参数定义的符号数。

  • - 发送天线数* 参数定义的发送天线数。

数据类型: Float16, Float32, Float64, Int8, Int16, Int32, Int64, UInt8, UInt16, UInt32, UInt64, Bool

支持复数：是

*先导信号
数组

以数组形式指定的先导信号 至 至 。

  • - 每个符号中的先导子载波数，由 size(先导子载波索引,`1)`定义。

  • - 由参数 Number of OFDM symbols 定义的符号数。

  • - 接收天线数*参数定义的发射天线数。

依赖关系

要使用该端口，请选择 Pilot input port 复选框。

数据类型: Float16, Float32, Float64, Int8, Int16, Int32, Int64, UInt8, UInt16, UInt32, UInt64, Bool

支持复数：是

输出

输出 - OFDM 调制宽带输出信号
矩阵

OFDM 调制的宽带信号以矩阵形式返回 ， 。

  • - 所有符号的循环前缀长度。

    • - 循环前缀长度*参数定义的循环前缀长度。

    • 如果 Cyclic prefix length 是标量， 。

    • 如果 Cyclic prefix length 是字符串向量， 。

  • - 子载波数，由 FFT 长度 参数定义。

  • - 符号数，由*OFDM 符号数*参数定义。

  • - 发送天线数，由 Number of transmit antennas 参数定义。

数据类型: Float16, Float32, Float64, Int8, Int16, Int32, Int64, UInt8, UInt16, UInt32, UInt64, Bool

支持复数：是

参数

FFT长度 - FFT点数
64（默认值） | `正整数

以正整数标量指定的 FFT 点数。

FFT 长度*参数的值必须大于或等于 8，相当于子载波数。

Number of guard bands - 分配给左侧和右侧保护带的子载波数
[6; 5] （默认） |` 一个 2-by-1 整数向量

分配给左侧和右侧保护带的子载波数，指定为 2 乘 1 的整数向量。

左侧和右侧保护带的子载波数 应在 范围内，其中 是由 *FFT 长度*参数确定的 OFDM 信号中子载波的总数。

插入直流空 - 排除或包含零频率的子载波
已禁用（默认） | 已启用

选择该复选框可删除零频率子载波。直流空子载波位于频带中心，有一个索引值：

  • , 如果 的值为偶数。

  • 如果 的值为奇数，则为 , 。

- 是由 *FFT 长度 * 参数定义的 OFDM 信号中子载波的总数。

先导输入端口 - 输入先导子载波
关（默认）` | 开

选择此复选框可添加一个先导副载波输入端口。

已禁用"--输入端口 In 可能包含嵌入的先导副载波信息，但区块不会分配先导副载波索引。

开启"- 设备将 Pilot subcarrier indices 参数指定的副载波分配给 Pilot 输入端口上的先导调制信号。

先导子载波索引 - 先导子载波位置索引
[12；26；40；54] （默认）` | 列向量 | 矩阵 | 三维数组。

以列向量、矩阵或三维数组形式指定的先导子载波位置索引，其整数元素值范围为

,

其中

  • - 是 OFDM 信号中子载波的总数，由 *FFT 长度 * 参数决定。

  • 和 - 左右护带，由 * 护带数 * 参数值定义。

先导载波索引 可为每个符号和所有发射天线分配相同或不同的子载波 。

  • 如果每个符号和发射天线的先导索引相同，则 的参数维度为 1。

  • 如果每个符号的先导索引不同，则参数 的维数为 。

  • 如果接收信号被分配给多个发射天线上的同一符号，则参数的维数为 by 1 至 。

  • 如果符号数和发射天线数不同，则参数维度为 至 至 。

为尽量减少向多个发射天线发射信号之间的干扰，所有天线的每个符号的先导指数应互不相同。

依赖关系

该参数在选中*先导输入端口*复选框时使用。

循环前缀长度 - 循环前缀长度
16（默认）` | 正整数` | 向量字符串`。

每个 OFDM 字符的循环前缀长度指定为正整数标量或包含 OFDM 字符元素数的字符串矢量。当指定循环前缀长度为

标量"--通过所有天线的所有符号的循环前缀长度相同。

矢量字符串"--不同符号的循环前缀长度可能不同，但不同天线的循环前缀长度不会不同。

在 OFDM 符号之间应用余弦加窗 - 在 OFDM 符号之间应用余弦加窗函数
已禁用（默认） | 已启用

选择该复选框可在 OFDM 符号之间应用上调余弦窗函数。

为了降低频谱扩散造成的带外子载波功率，请应用窗口处理。

窗口长度 - 抬高余弦的窗口函数长度
1（默认值）"｜"正整数"。

指定带有余弦的窗口函数的长度，以正整数标量形式给出。

该值必须小于或等于 循环前缀长度 参数中指定的最小循环前缀长度。例如，在循环前缀长度为 12、14、16 和 18`的四字符配置中，窗口长度 必须小于或等于 `12。

依赖关系

如果选中*在 OFDM 符号之间应用凸起余弦窗口*复选框，则使用此参数。

过采样系数 - 过采样系数
1（默认值）"｜"正整数"。

超采样因子指定为正标量。超采样因子必须满足这些限制条件：

  • 过采样因子*与 *FFT 长度*的乘积必须是整数。

  • 超采样因子*与*循环前缀长度*的乘积必须是整数。

如果 Oversampling factor 指定为无理数，请指定一个分数值。例如，如果 FFT 长度 12 和 过采样因子 4/3，它们的乘积就是整数 16。但是，当设置 Oversampling factor 时，将 4/3 四舍五入为 1,333 会导致非整数乘积为 15,9960 ，从而导致错误。
OFDM 符号数 - OFDM 符号数
1（默认）"｜"正整数"。

时频网格中 OFDM 符号的个数，指定为正整数标量。

发射天线数 - 发射天线数
1（默认）"｜"正整数"。

用于传输 OFDM 调制信号的发射天线数设置为小于或等于 64 的正整数标量。

算法

带频分的正交多路复用

OFDM 属于多载波调制方案。由于在运行过程中可以同时传输多个载波，因此噪声对 OFDM 的影响程度与单频调制相同。

OFDM 通过将传输带宽分解为多个连续的单独调制子载波，将高速数据流划分为低速数据子流。这组平行、正交的子载波传输数据流，占用的带宽几乎与宽带信道相同。通过使用窄的正交子载波，OFDM 信号可免受频率选择性信道的干扰，并消除邻近子载波的干扰。由于数据速率较低的子流的符号持续时间长于信道延迟差，因此减少了符号间干扰（ISI）。

该图显示了正交子载波在 OFDM 波形中的频域表示。

ofdm modulator 1

发射机每次对 N 个符号进行反快速傅立叶变换 (IFFT)。通常，IFFT 的输出是 N 个正交正弦波之和：

π ,

其中

  • - 数据符号、

  • - OFDM 符号时间。

数据符号 Xk 通常比较复杂，可以来自任何数字调制字母表（如 QPSK、16-QAM、64-QAM 等）。

离散傅里叶变换实现将 IFFT 输出归一化为 。

子载波间隔为 [Δf = 1/T]，确保每个符号周期内子载波是正交的：

πππ用于

OFDM 调制器由一个串并联变换器和一组 N 个复调器组成，每个复调器分别对应一个 OFDM 子载波。

ofdm modulator 2

子载波分配、保护带和保护间隔

单个 OFDM 子载波被分配为数据、先导或空子载波。

如图所示，子载波被标记为数据、直流、先导或保护带子载波。

ofdm demodulator 2

  • 数据子载波传输用户数据。

  • 先导子载波用于信道评估。

  • 零频子载波不传输任何数据。非数据子载波提供中心子载波零频率，并作为 OFDM 资源块之间的缓冲器。

    • 零频子载波是频带的中心，索引为

      如果 的值为偶数，则零频副载波为频带中心，索引为

      如果 是奇数。

      - 是 OFDM 信号中子载波的总数。

    • 保护带在相邻频段的相邻信号之间起缓冲作用，以减少频谱泄漏造成的干扰。

零频率子载波允许针对特定标准（如不同的 802.11 格式、LTE、WiMAX 或定制分配）对保护带和零子载波位置进行建模。零子载波的位置可通过分配一个零子载波索引向量来定义。

与保护带类似，保护间隔通过减少符号间干扰来保护 OFDM 传输信号的完整性。

保护间隔的目的与保护带类似。您可以建立保护间隔模型，在 OFDM 符号之间提供时间间隔。在信号通过时间分散信道后，保护间隔有助于保持符号间的正交性。使用循环前缀创建守护间隔。插入循环前缀可将最后一个 OFDM 复制为 OFDM 符号的第一部分。

ofdm demodulator 3

只要时间频散不超过循环前缀的持续时间，OFDM 就能从插入循环前缀中受益。

插入循环前缀会导致用户数据吞吐量的部分减少，因为循环前缀占用了本可用于数据传输的带宽。

带上扬余弦的 OFDM 窗口函数

上余弦 OFDM 的窗口函数应用了 [3] 中描述的技术，通过在一个符号的最后一个采样和下一个符号的第一个采样之间建立平滑过渡来限制频谱蔓延。

虽然循环前缀在时域中创建了一个保护期以保持正交性，但一个 OFDM 符号很少以与前一个 OFDM 符号末尾相同的振幅和相位开始，这就会导致频谱蔓延，从而使信号带宽因互调失真而扩大。为了限制这种频谱蔓延，可以使用循环后缀和带上扬余弦的窗口函数，在一个符号的最后一个采样和下一个符号的第一个采样之间建立平滑过渡。

要创建循环后缀，操作方法是将给定符号的第一个采样 ) 添加到该符号的末尾。但是，为了符合 IEEE® 802.11g 等标准，该操作不能任意加长符号。相反，循环后缀必须在时间上重叠，并与下一个符号的循环前缀有效相加。该操作将两个数学上相反的窗口函数应用于这一重叠段。第一个带上扬余弦的窗口函数应用于符号 k 的循环后缀，并在其生命周期内从 1 递减到 0。第二个带上扬余弦的窗口函数应用于符号 k+1 的循环前缀，并在其生命周期内从 0 增至 1。这一过程实现了从一个符号到下一个符号的平滑过渡。

在时域中，带上扬余弦的窗口函数 可以表示为：

π否则 ]]。

其中

  • - OFDM 符号持续时间，包括保护间隔。

  • - 窗口函数的持续时间。

通过设置窗口函数长度来调整循环后缀长度，后缀长度设置在 1 和最小循环前缀长度之间。虽然窗函数提高了频谱恢复能力，但这是以降低对多径干扰的抗干扰能力为代价的，原因是为实现符号间平滑转换而改变了保护带采样值，从而降低了保护带的冗余度。

这些数字显示了带上扬余弦的窗口函数的应用。

ofdm modulator 3

文学

  1. Dahlman, E., S. Parkvall, and J. Skold.4G LTE/LTE-Advanced for Mobile Broadband.London: Elsevier Ltd., 2011.

  2. Andrews, J. G., A. Ghosh, and R. Muhamed, Fundamentals of WiMAX, Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall, 2007.

  3. 安捷伦科技公司，"OFDM 提升余弦绕行"，https://rfmw.em.keysight.com/wireless/helpfiles/n7617a/ofdm_raised_cosine_windowing.htm。

  4. Montreuil, L., R. Prodan, and T. Kolze.Kolze."OFDM TX 符号整形 802.3bn，" https://www.ieee802.org/3/bn/public/jan13/montreuil_01a_0113.pdf。Broadcom, 2013.

  5. IEEE 标准 802.16-2017。"第 16 部分：宽带无线接入系统的空中接口"。2018 年 3 月。

实例