基于OFDM的调制解调技术

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基于OFDM的高速遥传电缆调制解调器设计

基于OFDM的高速遥传电缆调制解调器设计

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n lg o s le t e a tn m y b t e h ih s e d d t r n miso n h i td c b e b n — o o y t o v h n io ewe n t e h g —p e aa ta s s in a d t e l mie a l a d wit . Th rn il fOF dh e p icp eo DM sito u e is. B s d o h i n r d c d f t a e n t e OFDM rn il ,a c i c u e bo k r p icpe rh t t r lc e
关键 词 :测井仪器 ;高速遥传 ; 正交频分复用 ;电缆调制 / 解调器 ; 数字信号处理器 ;傅里叶变换
中 图 分 类 号 :TP 7. ; ( 3 . 242 ) 82 4 文 献 标 识 码 :A
D s no g -p e a l T l t d ltrD mo uao ae nO D ei f g HihsedC be ee r Mo uao/ e d ltrB sdO F M me y
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第 3 O卷
第5 期



术 Байду номын сангаас
V0 . O No 5 13 .
Oc 2 0 t 06
20 年 1 06 0月

OFDM符号调制解调

OFDM符号调制解调

1.1OFDM符号调制/解调图1 OFDM调制器结构OFDM调制器的结构由采样补0机构、IFFT变换机构、并串转换机构、缓冲器和定时发送机构组成。

采样补0机构。

进行IFFT计算时, IFFT的运算过程是纯数学运算,必须认为的赋予数据物理意义。

输入的数据时频域信息,每一个数据代表了对应频点上的采样值,输入数据的数量代表了以采样频率权值的频域采样值,假设输入数据的数量为n,每两个数据之间的频率间隔为f,则采样速率为nf,也就是说输入数据是在带宽为nf范围内的均匀采样值。

输出的数据是时域信息,假设OFDM 每一个符号时间为T,IFFT输出数据的数量为n,那么输出数据的采样频率即为n/T,根据奈奎斯特采样定理,如果信号的带宽为f1,那么如果要准确表达被采样信号的频域信息,采样速率至少为2f1。

鉴于上述理由,在进行IFFT变换时,必须在有效数据的前端至少需要插入与参与计算数据同等数量的0已提高采样速率,以便跟准确利用时域数据表达频域信息,这就是采样补0机构存在的原因。

在DRM系统的A模式当中,定义OFDM符号的有效时间Tu由288个基本时间T构成,参与IFFT变换的输入数据至少为288个,每两条子载波之间的间隔为41+2/3HZ,也就是输入数据的带宽为12KHz,根据奈奎斯特采样定理,采样速率至少为24KHz,也就是参与运算的数据最少为576个,进而至少需要在288个有效数据之前插入288个0值。

值得注意的是,根据以上计算思路,可以认定DRM 广播系统标准中给出的载波数量,仅针对的是10Hz带宽的信号,对于4.5KHz、5kHz、9kHz、18kHz和20kHz需要重新考虑子载波的数量,即进行IFFT变换输入数据的数量。

IFFT变换机构。

IFFT变换机构的主要功能是将频域信息转化为对应的时域信息,该环节的理论基础相对充实,不再赘述,但需要明确的一点是输入数据的数量与输出数据的数量相同。

循环嵌缀生成机构。

循环前缀是OFDM技术中很有意思的一种技术,它的使用几乎消除了使用均衡器的必要。

第2章 调制解调技术-OFDM及扩频技术

第2章 调制解调技术-OFDM及扩频技术

IFFT
IFFT输 出
IFFT
时间 Tg Ts 符 号N- 1 符 号N 符 号N+ 1 TFFT
图2-71 保护间隔的插入过程
保护间隔与循环前缀——加循环前缀
FFT积分区间
第三节、 OFDM多载波调制技术
三. OFDM系统性能
1. 抗脉冲干扰

OFDM系统抗脉冲干扰的能力比单载波系统强很多。
第三节、 OFDM多载波调制技术
一. OFDM基本原理
二. OFDM信号调制与解调
三. OFDM系统性能
一.OFDM基本原理
数字调制解调方式可采用并行体制。
多载波传输系统是指将高速率的信息数据流经串/并变换
分割为若干路低速率并行子数据流,然后每路低速率数据采 用一个独立的载波进行调制,最后叠加在一起构成发送信号。
Rb BOFDM N N 1 bit / s / Hz
• OFDM系统的频谱利用率比串行系统提高近一倍。
第四节、扩频调制技术
一.扩频调制原理
二.扩频码介绍
三.扩频调制性能
第四节、扩频调制技术
一.扩频调制原理
• 扩频(spread spectrum)通信是指用来传输信息的信号带宽远远 大于信息本身带宽的一种传输方式。 • 在通信的一些应用中,我们要考虑通信系统的多址能力,抗干 扰、抗阻塞能力以及隐蔽能力等。 • 扩频技术是解决以上问题的有效措施。 扩频通信理论基础来源于信息论中的香农公式:
0
m
(t ) cos mtdn (t ) cos ntdt 0
原信号的码宽为T,速率为1/T, OFDM信号的符号长度为Ts, Ts=MT。每个子载波速率为1/MT。 得每路子信号的带宽为△f=1/Ts

OFDM调制的过程及原理解释-个人笔记

OFDM调制的过程及原理解释-个人笔记

1.OFDM调制/解调1.1. 概述1.1.1.OFDM调制基本原理如图OFDM调制的过程就是将待发送的多个数据分别与多路子载波相乘合成基带复信号s(t)的过程,而OFDM解调的过程就是由复信号s(t)求解傅立叶系数的过程。

复信号s(t)是时域信号,而傅立叶系数就是频域的数据。

需要明确的是:对于OFDM调制来讲,输入的数据是频域数据,而输出是S(t)就是时域数据;对于OFDM解调来讲,输入的s(t)是时域信号,而输出的数据就是频域数据。

当使用IDFT/DFT实现OFDM调制/解调的时候,IDFT 的输入是频域数据,输出是时域数据;DFT的输入是时域数据,输出是频域数据。

基于快速离散傅里叶变换的产生和接收OFDM信号原理:在发射端,输入速率为Rb 的二进制数据序列先进行串并变换,将串行数据转化成N个并行的数据并分配给N个不同的子信道,此时子信道信号传输速率为Rb/N。

N路数据经过编码映射成N个复数子符号Xk。

(一个复数子符号对应速率为Rb的一路数据)随后编码映射输出信号被送入一个进行快速傅里叶逆变换IFFT的模块,此模块将频域内N个复数子符号Xk变换成时域中2N个实数样值Xk。

(两个实数样值对应1个复数子符号,即对应速率为Rb的一路数据)由此原始数据就被OFDM按照频域数据进行处理。

计算出的IFFT变换之样值,被一个循环前缀加到样值前,形成一个循环扩展的OFDM信息码字。

此码字在此通过并串变换,然后按照串行方式通过D/A和低通滤波器输出基带信号,最后经过上变频输出OFDM信号。

1.1.2.OFDM的优缺点1.1.2.1. OFDM优点1.1.2.1.1.频谱效率高由于FFT处理使各个子载波可以部分重叠,因为理论上可以接近乃奎斯特极限。

以OFDM为基础的多址技术OFDMA(正交频分多址)可以实现小区内各用户之间的正交性,从而避免用户间干扰。

这使OFDM系统可以实现很高的小区容量。

1.1.2.1.2.带宽扩展性强由于OFDM系统的信号带宽取决于使用的子载波数量,因此OFDM系统具有很好的带宽扩展性。

ofdm技术及其应用教案

ofdm技术及其应用教案

ofdm技术及其应用教案一、教学内容本节课选自《通信原理与技术》的第十章,具体内容为OFDM技术的基本原理及其应用。

详细内容包括:OFDM技术的背景、发展历程、基本原理、调制与解调过程、关键技术及其在无线通信领域的应用。

二、教学目标1. 理解OFDM技术的基本原理,掌握其调制与解调过程。

2. 了解OFDM技术在我国无线通信领域的发展状况,认识到其应用的重要性。

3. 学会分析OFDM系统的性能,并掌握改善系统性能的方法。

三、教学难点与重点教学难点:OFDM技术的调制与解调过程、系统性能分析。

教学重点:OFDM技术的基本原理、应用场景及关键技术。

四、教具与学具准备1. 教具:多媒体教学设备、PPT课件、黑板、粉笔。

五、教学过程1. 导入:通过介绍多径衰落对无线通信信号的影响,引出OFDM 技术的背景和优势。

2. 知识讲解:1) OFDM技术的发展历程。

2) OFDM技术的基本原理。

3) OFDM技术的调制与解调过程。

4) OFDM技术的关键技术。

5) OFDM技术在无线通信领域的应用。

3. 实践情景引入:以4G/5G通信技术为例,分析OFDM技术的实际应用。

4. 例题讲解:讲解一个典型的OFDM系统设计实例,让学生了解系统设计过程。

5. 随堂练习:让学生设计一个简单的OFDM系统,巩固所学知识。

六、板书设计1. OFDM技术背景与发展历程。

2. OFDM技术基本原理与关键技术。

3. OFDM系统调制与解调过程。

4. OFDM技术在无线通信领域的应用。

七、作业设计1. 作业题目:分析一个实际的OFDM通信系统,计算其系统性能。

八、课后反思及拓展延伸1. 反思:本节课教学过程中,注意引导学生关注OFDM技术的实际应用,提高学生的实践能力。

2. 拓展延伸:鼓励学生了解OFDM技术的前沿研究,如大规模MIMO技术、波形设计等,培养学生的创新意识。

重点和难点解析1. OFDM技术的基本原理与调制解调过程。

2. OFDM技术的关键技术及其在系统性能改善中的应用。

利用IDFTDFT实现OFDM调制解调原理分析

利用IDFTDFT实现OFDM调制解调原理分析

利用IDFT/DFT实现OFDM调制解调原理分析于爽电子系MG1123068 2012-09-22摘要正交频分复用(OFDM)是多载波调制(MCM)技术的一种,其基本思想是在频域内将信道分成若干正交子信道,每个子信道使用并行传输的子载波进行调制。

要实现OFDM传输系统,一般需要振荡源和相应的带通滤波器组,系统结构复杂,体现不出多载波传输的优势。

但是经过理论分析,多载波传输系统的调制与解调都可以用离散傅里叶变换(Discrete Fourier Transform ,DFT)实现,而又由于DFT有著名的快速算法FFT(Fast Fourier Transform ,FFT),使得多载波传输系统实现起来大为简化。

本文通过分析OFDM调制解调基本原理,简要阐述了为何可以用IDFT/DFT来实现OFDM调制与解调。

1.1 OFDM调制基本原理从时域上看,OFDM是将一路高速数据流经过串/并转换变为N路速率较低的子数据流,用它们分别去调制N路子载波后再进行并行传输,每个子载波数据流的速率是原高速数据流的1/N,即符号周期扩大为原来的N倍,这样,就把一个宽带频率选择性信道划分成了N个窄带平坦衰落信道,有效的对抗了多径时延扩展,特别适合于高速无线数据传输。

OFDM选择时域相互正交的子载波,它们虽然在频域相互混叠,却仍能在接收端被分离出来。

OFDM系统调制基本原理框图如图1.1.1所示。

图1.1.1 OFDM调制基本原理上图中,x k(t)+jy k(t)是数字调制中映射后得到的IQ数据的复数表示。

当子载波采用普通的MPSK/MQAM 调制时,IQ数据在一个OFDM符号周期T0内是不变的,即与时间t无关,从而可以将x k(t)+jy k t简写成x k+jy k。

令d k=x k+jy k,则OFDM基带复信号的表示形式为:s t=x k+jy k e jkω0tN−1k=0=d k e jkω0t N−1k=0为进行数字信号处理,对其进行采样,T0时间内采样N点,采样间隔为T0N。

ofdm索引调制

ofdm索引调制

ofdm索引调制摘要:1.OFDM 简介2.索引调制的概念3.OFDM 与索引调制的关系4.索引调制在OFDM 系统中的应用5.索引调制的优缺点正文:1.OFDM 简介正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,简称OFDM)是一种多载波调制技术,广泛应用于无线通信领域。

它通过将高速数据流通过频谱分析,分配到若干个较低频率的子载波上,从而实现高速数据的传输。

这种技术具有很强的抗干扰能力,适用于高速数据传输和多用户接入的场景。

2.索引调制的概念索引调制(Index Modulation,简称IM)是一种调制方式,其基本思想是在频域的每个子载波上,通过改变符号的幅度和相位来表示数据符号。

在IM 中,数据符号被映射到复数平面上的点,这些点的横坐标表示幅度,纵坐标表示相位。

在OFDM 系统中,索引调制用于表示数据符号,提高数据传输的效率。

3.OFDM 与索引调制的关系OFDM 系统中,数据符号经过索引调制后,被分配到不同的子载波上。

每个子载波上的数据符号都经过索引调制,从而在频域上形成一组离散的点。

这些离散的点有利于后续的信号处理和同步。

同时,由于索引调制具有较低的峰均比,可以减小信号的失真和功率放大器的非线性失真。

4.索引调制在OFDM 系统中的应用在OFDM 系统中,索引调制应用于数据符号的调制和解调。

在调制过程中,数据符号经过索引调制后,被分配到不同的子载波上。

在解调过程中,接收端通过检测每个子载波上的符号,再将这些符号经过索引解调,还原出原始数据符号。

5.索引调制的优缺点索引调制的优点包括:(1)降低峰均比:由于索引调制是在频域上进行调制,可以有效降低信号的峰均比,减小信号失真和功率放大器的非线性失真。

(2)提高频谱利用率:索引调制可以将数据符号映射到不同的子载波上,从而提高频谱利用率。

(3)易于实现:索引调制在OFDM 系统中具有较低的复杂度,易于实现。

OFDM实验报告

OFDM实验报告

OFDM课程实验报告课程名称:基于OFDM调制解调传输的通信系统.实验条件:MATLAB,SIMULINK实验设计思路:尽量保证各模块条理清晰,能很方便的从各子模块的名称中就可以很直观的理解该子模块是干什么用的,将同一个功能的元件打包封装成子系统,这样可以很方便的进行修改和以后的阅读。

第一章--------------前言,绪论OFDM的全称为Orthogonal Frequency Division Multiplexing,意为正交频分复用。

OFDM的思想可以追溯到20世纪60年代,当时人们对多载波调制做了许多理论上的工作,论证了在存在符号间干扰的带限信道上采用多载波调制可以优化系统的传输性能;1970年1月,有关OFDM的专利被首次公开发表;1971年,Weinstein和Ebert在IEEE杂志上发表了用离散傅里叶变换实现多载波调制的方法;20世纪80年代,人们对多载波调制在高速调制解调器、数字移动通信等领域中的应用进行了较为深入的研究,但是由于当时技术条件的限制,多载波调制没有得到广泛的应用;进入20世纪90年代,由于数字信号处理技术和大规模集成电路技术的进步,OFDM技术在高速数据传输领域受到了人们的广泛关注。

现在OFDM已经在欧洲的数字音视频广播(如DAB和DVB)、欧洲和北美的高速无线局域网系统(如HIPERLAN2、IEEE 802.11a)、高比特率数字用户线(如ADSL、VDSL)以及电力线载波通信(PLC)中得到了广泛的应用。

OFDM通信技术是多载波传输技术的典型代表。

多载波传输把数据流分解为若干个独立的子比特流,每个子数据流将具有低得多的比特速率,用这样低比特率形成的低速率多状态符号去调制相应的子载波,就构成了多个低速率符号并行发送的传输系统。

OFDM是多载波传输方案的实现方式之一,利用快速傅里叶逆变换(IFFT,Inverse Fast Fourier Transform)和快速傅里叶变换(FFT,Fast Fourier Transform)来分别实现调制和解调,是实现复杂度最低、应用最广的一种多载波传输方案。

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第 24 卷 第 3 期 2010 年 5 月
湖南工业大学学报 Journal of Hunan University of Technology
Vol.24 No.3 May 2010
基于 O F D M 的调制解调技术
刘俊萍
(湖南工业大学 电气与信息工程学院,湖南 株洲 412008)
摘 要:介绍了 OFDM 调制解调技术的基本原理及算法,基于 IP Core-Xilinx Fast Fourier Transform V3.2 软件, 设计了 OFDM 调制解调系统各模块参数及硬件结构,并利用 matlab 仿真验证了系统结构和各算法设计的正确性。
[4] 杨 兴,谢志远. OFDM 中 FFT 处理器的设计及 FPGA 实 现[J]. 电测与仪表,2008,45(7) :37-40. Yang Xing,Xie Zhiyuan. Design and FPGA Implementation of FFT Processor for OFDM[J]. Electrical Measurement & Instrumentation,2008,45(7) :37-40.
在 OFDM 的调制和解调过程中,IFFT/FFT 是至关 重要的一环。本设计采用 IP Core-Xilinx Fast Fourier Transform V3.2实现OFDM调制解调系统中的IFFT /FFT 运算模块。
所设计系统的调制解调参数为:ⅰ)输入数据位 宽 16;ⅱ)采用 Scaled fixed-point 算法;ⅲ)转换长度 为 8 ;ⅳ)采用允许连续处理输入数据的 Pip elin ed , Streaming I/O 结构;ⅴ)自然顺序输出。
[3] 樊昌信,曹丽娜. 通信原理[M]. 6 版. 北京:国防工业出 版社,2007. Fan Changxin,Cao Lina. Principles of Communications[M]. 6th ed. Beijing:National Defence Industrial Press,2007.
3 O F D M 调制解调系统设计
利用 matlab 可以很方便的搭建复杂的调制解调系 统,一方面它的函数有现成的,再者它有非常强大的
4 系统仿真实现
为了验证算法的正确性,采用理想信道,通过比 较输入和输出,便可验证算法的正确性和系统结构的 合理性。常用的系统仿真方法有 2 种,一种是根据图 1 所给出的调制解调系统结构编写 M 文件[7]来完成,另 一种是采用大规模可编辑逻辑器件(FPGA)电路仿真 完成。本系统的仿真是通过编写 M 文件[7]来完成的。 由于系统的 M 文件比较大,不便于放在论文中,下面 将仿真结果采集如下,图 2 为 OFDM 调制解调系统的 matlab 仿真结果。
[1] 汪裕民. OFDM关键技术与应用[M]. 北京:机械工业出版 社,2007:1-32. Wang Yumin. OFDM Key Technologies and Applications [M]. Beijing:China Machine Press,2007:1-32.
[2] 孙山林. OFDM 原理及技术浅析[J]. 桂林航天工业高等专 科学校学报,2007 (3) :1-3. Sun Shanlin. Analysis of OFDM Principle and Technology [J]. Journal of Guilin College of Aerospace Technology,2007 (3) :1-3.
[5] Proakis John G,Salehi Masoud,Bauch Gerhard. 现代通信 系统[M]. 刘树棠,译. Matlab 版. 北京:电子工业出版社, 2005. Proakis John G,Salehi Masoud,Bauch Gerhard. Modern Communication Systems[M]. Liu Shutang,Translated. Matlab Edition. Beijing:Publishing House of Electronics Industry,2005.
62
湖 南 工 业 大 学 学 报
20活性实现 OFDM 的调制解调, 不仅可以提高处理速度,并且具有灵活性高,开发费 用低、周期短,升级简单等特点。对于实现并行算法 与硬件结构的优化配置起到一定的作用。
参考文献:
图 2 OFDM 调制解调的 matlab 仿真图 Fig. 2 The matlab simulation of OFDM
关键词:OFDM 调制解调;FFT;matlab 仿真 中图分类号:TN915.05 文献标志码:A 文章编号:1673-9833(2010)03-0060-03
OFDM-Based Modulation and Demodulation Techniques
Liu Junping (College of Electrical and Information Engineering, Hunan University of Technology,Zhuzhou Hunan 412008,China)
Abstract:The basic principle and algorithms of OFDM modulation and demodulation are introduced. Based on IP CoreXilinx Fast Fourier Transform V3.2, the module parameters and hardware structure of OFDM modution and demodution system are designed. And the system structure and algorithm design correctness are simulated with matlab.
最后,将调制解调后的输出信号与输入信号进行 比较,即
输入信号:(00011010001111001101101000101111), 输出信号:(00011010001111001101101000101111), 发现两者是完全一致的,说明系统结构的设计合理, 算法正确。这对 OFDM 调制解调系统的设计具有重要 的意义。
modulation and demodulation
通过 matlab 仿真计算得到 OFDM 码元信号的实部 和虚部,结果见表 1。
表 1 O F D M 码元信号的实部和虚部 Table 1 The real and imaginary OFDM code


7.500 000 -1.140 210e -4.031 500e -1.140 210e -4.025 000e
1 O F D M 调制解调基本原理
OFDM 是一种无线环境下的高速传输技术。无线 信道的频率响应曲线大多是非平坦的,而根据 OFDM 技术的特点,尽管总的信道是非平坦的,具有频率选 择性,但每个子信道是相对平坦的,在每个子信道上 进行的是窄带传输,信号带宽小于信道的相应带宽,
因此就可较好地消除信号波形间的干扰。由于在 OFDM 系统中各子信道的载波相互正交,它们的频谱 是相互重叠的,这样不仅减小了子载波间的相互干 扰,同时还提高了频谱利用率。
OFDM 增强了抗频率选择性衰落和抗窄带干扰的 能力。在单载波系统中,单个衰落或者干扰可能导致 整个链路不可用,但在多载波的 OFDM 系统中,只会 有一小部分载波受影响。通过合理地挑选子载波位 置,可使 OFDM 的频谱波形保持平坦,同时保证了各 载波之间的正交。OFDM 的接收机实际上是通过 FFT (fast fourier transform,即快速傅里叶变换)实现的一 组解调器。它将不同载波搬移至零频,然后在 1 个码 元周期内积分,其它载波信号因其与所积分的信号正 交,故不会对信息的提取产生影响。OFDM 的数据传 输速率与子载波数量有关。
-1.140 210e 7.875 000 1.140 210e 7.500 000 1.140 210e

-3.262 500e -1.940 210e
1.600 000e -3.565 210e -3.212 500e

3.402 097 -1.625 000e -1.284 790e -3.262 500e -1.940 210e
对式(5)进行速度为 t=n ,可得:
的 A/D 转换,即令
图 1 基于 simulink 的 OFDM 调制解调系统结构 Fig. 1 OFDM modulation/demodulation system structure
based on simulink
在调制解调模块中,设置参数 fwd_inv='0'(FFT 运 算),scale= "0000"(因为星座映射后的码元不会因为 有限字长而引起有效数据位丢失)。
Keywords:OFDM modulate and demodulate;fast fourier transform;matlab simulation
OFDM(orthogonal frequency division multiplexing,即 正交频分复用技术)是一种高效的多载波调制技术[1], 它能够有效地对抗频率选择性衰落和窄带干扰。其主 要思想是在信号传输频域内将给定信道分成许多正交 子信道,在每个子信道上使用 1 个子载波进行调制,且 各子载波并行传输[2]。它采用一种不连续的多音调技 术,将被称为载波的不同频率中的大量信号合并成为 单一的信号,从而完成信号的传送。
收稿日期 :2010-03-19 通信作者 :刘俊萍(1980-),女,山西五寨人,湖南工业大学教师,硕士,主要研究方向为电力电子与电子信息, 通信作者 :E-mail:42817805@
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