基于FPGA的OFDM調(diào)制器的仿真設(shè)計說明

1、 . . . 工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）畢業(yè)設(shè)計（論文）基于基于 FPGAFPGA 的的 OFDMOFDM 調(diào)制器的仿真設(shè)計調(diào)制器的仿真設(shè)計 SimulationSimulation designdesign ofof OFDMOFDM modulatormodulator basedbased onon FPGAFPGA學(xué)生學(xué)生 高天祺高天祺學(xué)學(xué) 號號 09450802090945080209 專業(yè)班級專業(yè)班級 通通信信工工程程0 09 90 05 5（移移動動通通信信方方向向）指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師 肖萍萍肖萍萍 20132013 年年 5 5 月月作者

2、聲明作者聲明本人聲明所呈交的論文是我個人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作與取得的 . . . 2 / 39研究成果，除了文中特別加以標(biāo)注的地方外，沒有任何剽竊、抄襲、造假等違反學(xué)術(shù)道德、學(xué)術(shù)規(guī)的行為，也沒有侵犯任何其他人或組織的科研成果與專利。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示了意。如本畢業(yè)設(shè)計（論文）引起的法律結(jié)果完全由本人承擔(dān)。畢業(yè)設(shè)計（論文）成果歸工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院所有。特此聲明。 作者專業(yè)： 作者學(xué)號： 作者簽名：_年_月_日 . . . 摘摘 要要正交頻分復(fù)用(OFDM)技術(shù)是一種多載波數(shù)字調(diào)制技術(shù)，作為一種可以有效對抗信號信道間干擾和符號干擾

3、的高速傳輸技術(shù)，以其頻譜利用率高、抗多徑衰落能力強(qiáng)、抗窄帶干擾性能好、成本低等特點，得到了廣泛應(yīng)用。它能滿足無線通信的高速化、寬帶化以與移動化的需求，成為第四代移動通信的首選技術(shù)，也是當(dāng)前移動通信技術(shù)研究的熱點問題。FPGA(現(xiàn)場可編程邏輯門陣列)是一種可編程邏輯器件，它具有設(shè)計時間短、投資少、風(fēng)險小的特點, 而且可以反復(fù)修改, 反復(fù)編程, 直到完全滿足需要,具有其他方式無可比擬的方便性和靈活性。這些特性使得 FPGA 可以高性能地實現(xiàn)OFDM 通信系統(tǒng)的收發(fā)模塊功能。本文概況地介紹了 OFDM 系統(tǒng)的基本概念、基本工作原理和關(guān)鍵技術(shù)，指出了 OFDM 調(diào)制技術(shù)的優(yōu)勢;介紹了的 FPGA 設(shè)計

4、的基本原則和流程；深入進(jìn)行基于FPGA 的 OFDM 調(diào)制解調(diào)方案設(shè)計;針對仿真平臺設(shè)計多種測試環(huán)境，得出仿真波形進(jìn)行方案的優(yōu)化完善并進(jìn)行驗證。本論文第 1 章首先首先介紹了 OFDM 的研究背景、目的以與意義。第 2 章對OFDM 的基本原理以與技術(shù)的實習(xí)進(jìn)行綜述，并對 OFDM 系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)作出了詳盡的介紹。第 3 章對 OFDM 調(diào)制解調(diào)原理進(jìn)行了說明，并介紹采用 IFFT 和 FFT 的OFDM 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。第 4 章敘述了 OFDM 調(diào)制器的 MTALAB 仿真。第 5 章敘述了 OFDM調(diào)制器的 VERILOG 仿真，并對仿真結(jié)果進(jìn)行對比驗證。第 6 章對 OFDM 技術(shù)的主要優(yōu)缺

5、點總結(jié)，并對其發(fā)展進(jìn)行了展望。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：正交頻分復(fù)用(OFDM)；現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA） ；仿真 . . . AbstractAbstractOrthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) technique is a multi-carrier digital modulation technology, as a kind of can effective against interference and symbol interference between the signal channel of high speed

6、transmission technology, with its high spectrum efficiency, strong ability to resist multipath fading and narrowband interference resistant performance is good, low cost, etc, has been widely applied. It can satisfy the high speed wireless communications, broadband and mobile needs, be the first cho

7、ice of the fourth generation mobile communication technology, is also a hot problem in the study on the current mobile communication technology.FPGA (Field Programmable Gate Array) is a kind of programmable logic devices, it has shorter design time, the characteristics of less investment, small risk

8、, and can be repeatedly modified and programming repeatedly, until fully meet the needs, other ways incomparable convenience and flexibility. These features make the FPGA can achieve high performance of OFDM communication system transceiver module function.This article overview the basic concept of

9、OFDM system are introduced, the basic working principle and key technology, points out the advantages of OFDM modulation technique; This paper introduces the basic principles and the FPGA design of process; Further for OFDM demodulation scheme based on FPGA design; Simulation platform is designed fo

10、r a variety of test environment, scheme optimization and simulation waveform for validation.Chapter 1, first of all, this paper first introduces the research background, purpose and significance of OFDM. Chapter 2, the practice of the basic principle of OFDM and technology were reviewed, and the . .

11、 . 5 / 39key technologies of OFDM system has made the detailed introduction. Chapter 3 illustrates theory of OFDM modulation demodulation, and IFFT and FFT structure of OFDM system is introduced. Chapter 4 describes the OFDM modulator of MTALAB simulation. VERILOG simulation of OFDM modulator are de

12、scribed in chapter 5, and the simulation results were compared. Chapter 6 main advantages and disadvantages of OFDM technology, and its development is prospected. KeyKey Words:Words: Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM); Field Programmable Gate Array (FPGA) ; simulation . . . 6 / 39目目 錄

13、錄第第 1 1 章章 緒論緒論. .1.11.1 OFDM 的研究背景.11.2 OFDM 的研究目的和意義.1第第 2 2 章章 OFDMOFDM 技術(shù)基礎(chǔ)技術(shù)基礎(chǔ). .22.1OFDM 的基本原理.22.2 OFDM 技術(shù)的實現(xiàn).42.3 OFDM 系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù).52.3.1 同步技術(shù).52.3.2 信道估計.6 . . . 7 / 392.3.3 降低峰值平均功率比.62.3.4 均衡.62.3.5 編碼信道和交織.7 第第 3 3 章章 OFDMOFDM 調(diào)制器技術(shù)調(diào)制器技術(shù). .9.93.1 OFDM 調(diào)制解調(diào)原理.93.2 采用 IFFT 和 FFT 的 OFDM 系統(tǒng)結(jié)構(gòu).11

14、 第第 4 4 章章 OFDMOFDM 調(diào)制器的調(diào)制器的 MTALABMTALAB 仿真仿真. .14.144.1IFFT 模塊.154.2 添加循環(huán)前綴.154.3 加窗模塊.16 . . . 8 / 394.4 前導(dǎo)模塊.164.5 成幀模塊.17第第 5 5 章章 OFDMOFDM 調(diào)制器的調(diào)制器的 VERILOGVERILOG 仿真仿真. .18.185.1OFDM 調(diào)制器的結(jié)構(gòu)設(shè)計.185.2 子模塊仿真分析.185.2.1.BPSK/DBPSK 映射.185.2.2 IFFT 前數(shù)據(jù)處理.205.2.3 IFFT 模塊.205.2.4 添加循環(huán)前綴和加窗.215.2.5 前導(dǎo)生成模

15、塊.22 . . . 9 / 395.2.6 成幀模塊.235.3 仿真結(jié)果的對比驗證.24第第 6 6 章總結(jié)與展望章總結(jié)與展望 2 25 5參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) 2828致致 2929附錄主要英文縮寫語對照表附錄主要英文縮寫語對照表 3030 . . . 第第 1 1 章章 緒論緒論1.11.1 OFDMOFDM 的研究背景的研究背景在現(xiàn)代通信系統(tǒng)中，如何高速和可靠地傳輸信息成為人們關(guān)注的一個焦點。雖然第三代移動通信比現(xiàn)有的傳輸速率快上千倍，但其數(shù)據(jù)傳輸速率也僅有2Mbit/s，第四代移動通信系統(tǒng)計劃已經(jīng)開始研究。第四代移動通信以正交頻分復(fù)用(OFDM)作為核心技術(shù)之一。OFDM 調(diào)制技術(shù)的出

16、現(xiàn)為實現(xiàn)高效的抗干擾調(diào)制技術(shù)和提高頻帶利用率開辟了一條的新路徑。20 世紀(jì) 60 年代已經(jīng)提出了 OFDM 的基本原理，有關(guān) OFDM 的專利在 1970 年 1月首次公開發(fā)表，1971 年 Weinstein 和 Ebert 又提出用離散傅立葉變換來等效多個調(diào)制解調(diào)器的功能，簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，使 OFDM 技術(shù)更趨于實用化。近年來，隨著數(shù)字信號處理（DSP）和超大規(guī)模集成電路（VLSI）技術(shù)的發(fā)展才使得制約OFDM 技術(shù)發(fā)展的屏障不復(fù)存在，OFDM 也因而變得更加實用。正交頻分復(fù)用（OFDM）是一種特殊的多載波傳輸調(diào)制（MCM）技術(shù)，它可以被看做是一種調(diào)制技術(shù)，也可以被當(dāng)做是一種復(fù)用技術(shù)。OF

17、DM 系統(tǒng)既可以維持發(fā)送符號周期源于大于多徑時延，又能夠支持高速的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，并且不需要復(fù)雜的信道均衡。1.21.2 OFDMOFDM 的研究目的和意義的研究目的和意義本文的研究目的是從各方面深入研究正交頻分復(fù)用理論，領(lǐng)會 OFDM 基帶處理技術(shù)、FPGA 電路設(shè)計的關(guān)鍵思想，并給予 FPGA 設(shè)計，實現(xiàn) OFDM 系統(tǒng)中的關(guān)鍵功能模塊和基帶處理中的調(diào)制解調(diào)器，并給出仿真結(jié)果。基于 PFGA 實現(xiàn) OFDM 通信系統(tǒng)，能有效降低電路復(fù)雜度，運(yùn)用先進(jìn)的算法提升通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)，采用計算機(jī)輔助設(shè)計，實現(xiàn)電子設(shè)計自動化，便于移植、集成和大規(guī)模生產(chǎn)。 . . . 2 / 39第第 2 2 章章 OFD

18、MOFDM 技術(shù)基礎(chǔ)技術(shù)基礎(chǔ)2.12.1 OFDMOFDM 的基本原理的基本原理 眾所周知無線通信傳輸信號的路徑有很多，這就是所謂的多徑效應(yīng)，OFDM 的最初提出是為了解決多徑效應(yīng)對數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊憽Ｔ跀?shù)字通信系統(tǒng)中，我們通常采用的通信系統(tǒng)是單載波傳輸系統(tǒng)模型如圖 2.1 所示。tgtjwe0tjwe0tg信道圖 2. 1 單載波傳輸示意圖圖中 g(t)是匹配濾波器(對于給定的碼元波形，使得輸出信噪比最大的線性濾波器)，在傳輸速率并不高的情況下，這種系統(tǒng)因時延產(chǎn)生的碼間干擾不是特別嚴(yán)重，能通過均衡技術(shù)消除這種干擾。所謂碼間干擾（ISI）就是當(dāng)一個碼元的時延信號產(chǎn)生的拖尾延伸到相鄰碼元時間中時，會

19、影響信號的正確接收，導(dǎo)致系統(tǒng)誤碼性能的降低，這類干擾就被稱作碼間干擾。但是對于寬帶業(yè)務(wù)來說，由于數(shù)據(jù)傳輸速率較高，高數(shù)據(jù)傳輸速率使得碼元周期非常小，如果碼元傳輸出現(xiàn)多徑時延，可能會影響到后面好幾個碼元。這就對均衡提出了更高的要求，需要引入復(fù)雜的均衡算法，并且要考慮到算法的收斂速度和可實現(xiàn)性。從另一個角度去看，當(dāng)信號的帶寬接近或者超過信道的相干帶寬時，信道的時間彌散就會導(dǎo)致頻率選擇性衰落，使得同一個信號中不同的頻率成分體現(xiàn)出不同的衰落特性，所以多載波傳輸技術(shù)的運(yùn)用就是一種必然趨勢。OFDM 是一種多載波調(diào)制（MCM）技術(shù)，其基本原理就是把高速的數(shù)據(jù)流經(jīng)過串并變換，分配的傳輸速率相對較低的若干個子

20、信道中進(jìn)行傳輸。由于每個子信道中的碼元周期會相對增加，因此可以減輕由無線信道的多徑時延擴(kuò)展所產(chǎn)生的時間彌散性對系統(tǒng)的影響，并且還可以在 OFDM，碼元之間插入保護(hù)間隔，令保護(hù)間隔大于無線信道的最大時延擴(kuò)展，這樣就可以最大限度地消除由于多徑帶來的碼間干擾（ISI） ，而且一般采用循環(huán)前綴作為保護(hù)間隔，從而可以避免由多徑帶來的信道間干擾（ICI）1。 . . . 3 / 39隨著 OFDM 技術(shù)的發(fā)展與興起，考慮到能用 OFDM 技術(shù)來進(jìn)行高速數(shù)據(jù)傳輸，它能夠很好地對抗信道的頻率選擇性衰落，減少甚至消除碼間干擾的影響。OFDM是一項多載波傳輸技術(shù)，可以被當(dāng)作是一種調(diào)制技術(shù)，也可以被看作是一種復(fù)用技

21、術(shù)。其基本原理是把傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流串并變換后分解為若干個并行的子數(shù)據(jù)流（也可以看作將一個信道劃分為若干個并行的相互正交的子信道） ，這樣的話每個子數(shù)據(jù)流的速率比串行過來的數(shù)據(jù)流低得多（速率變?yōu)槎嗌偃Q于變換為多少路并行數(shù)據(jù)流） ，因此每個子信道上的碼元周期將會變長，每個子信道上便是平坦衰落，然后用每個子信道上的低速率數(shù)據(jù)去調(diào)制相應(yīng)的子載波，從而構(gòu)成多個低速碼元合成的數(shù)據(jù)的發(fā)送傳輸系統(tǒng)基本原理圖如圖 2.2。S/P積分判決積分判決積分判決P/S信道1jte0jte1Njte0jte1jte1Njte0d1d1Nd s t0d1d1Nd圖 2. 2 OFDM 系統(tǒng)調(diào)制解調(diào)原理框圖在單載波系統(tǒng)中，一次干

22、擾或衰落就可能導(dǎo)致整個鏈路性能惡化甚至失效，但是在多載波系統(tǒng)中，某一時刻僅僅會有少部分子信道受到衰落的影響，從而不會使得整個通信鏈路性能失效。在衰落信道中，根據(jù)多徑信號最大時延和碼元時間的關(guān)系，可以把性能mTsT降級分為平坦衰落和頻率選擇性衰落兩種類型。如果，則信道呈現(xiàn)平坦衰msTT一個碼元的多徑時延擴(kuò)展超出了碼元持續(xù)時間，就會出現(xiàn)這種情況，而信號的這種時延擴(kuò)展會導(dǎo)致信間干擾的產(chǎn)生。正交頻分復(fù)用的技術(shù)關(guān)鍵就是實現(xiàn)并保護(hù)好子載波間的正交性，接受端收到的信號 x(t)與子載波相乘后通過積分器，不同頻率的載波相乘積分后為零，只有 . . . 4 / 39一樣載波積分后得到原始符號。正是由于每個子載波

23、的正交性，我們可以是子載波的頻譜重疊并靠近 Nyquist 帶寬，從而大大提高了頻譜的利用率，所以非常適合移動場合中的高速傳輸。多徑傳輸?shù)姆柛蓴_時個頭疼的問題，OFDM 為解決這樣的問題在符號間加上保護(hù)間隔，保護(hù)間隔可以不傳輸任何信號。這樣的情況下仍然解決不了信道間干擾（ICI） ，子載波之間的正交性遭到破壞，接收端就不能很好的恢復(fù)出原始信號，這點是毀滅性的。OFDM 的解決方法是把符號后面長度是Tg（保護(hù)間隔的長度）的部分拿到每個符號的前面當(dāng)做保護(hù)間隔來傳輸，這種方法就叫做循環(huán)前綴。這樣就使得在 FFT 周期，OFDM 符號的延時副本所包含的波形的周期個數(shù)是整數(shù)，從而解決了 ICI。將原符

24、號塊最后信號放到原符號塊的前部，構(gòu)成新序列，時域中原來發(fā)送信號與信道響應(yīng)的線性卷積變?yōu)閳A周卷積。2.22.2 OFDMOFDM 技術(shù)的實現(xiàn)技術(shù)的實現(xiàn)電力線的信道環(huán)境非常惡劣，信道特征和參數(shù)受到頻率、地點、時間和連接到它上面的設(shè)備的影響。從 10kHz 到 200kHz 的低頻率區(qū)域更容易產(chǎn)生沖突。而且電力線是一個頻率選擇性信道。除了經(jīng)常發(fā)生在 50/60Hz 脈沖噪音中主要的背景噪音外，窄帶沖突和小組時延能達(dá)到幾百微秒。OFDM 是一種能有效利用有限 CENELEC 帶寬的調(diào)制技術(shù)，且支持使用先進(jìn)的信道編碼技術(shù)，這種組合能力在電力線信道上形成一個非?？煽康耐ㄐ拧D 2.3 展示了基于 G3-P

25、LC 協(xié)議的 OFDM 系統(tǒng)實現(xiàn)框圖。CENELEC 帶寬被分割成許多子信道，這些信道被看作是用不同的正交頻率表示的獨立頻移鍵控（PSK）調(diào)制載波。正交和 R-S 編碼提供了冗余比特，它能使接收端在由背景噪聲和脈沖噪聲而造成的比特丟失的情況下自行糾錯。時間頻率交織方案用于降低譯碼器輸入端接受噪音的相關(guān)性而提供多樣性。 . . . 5 / 39DATA幀控制頭(FCH)交織器卷積編碼器R-S編碼器擾頻器DBPSK/DQPSK映射IFFT添加循環(huán)前綴加窗模擬前端電力線模擬前端同步檢測去除循環(huán)前綴FFT信道估計解交織DBPSK/DQPSK解調(diào)Robust4Robust6組合器Viterbi解碼器R-

26、S解碼器解擾器DATA幀控制頭(FCH)前前向向糾糾錯錯碼碼解解碼碼器器O OF FD DM M解解調(diào)調(diào)器器前前向向糾糾錯錯碼碼編編碼碼器器圖 2.3 基于 G3-PLC 協(xié)議的 OFDM 系統(tǒng)實現(xiàn)框圖OFDM 信號是由復(fù)值信號點進(jìn)行快速離散傅立葉變換（IFFT）操作產(chǎn)生的，這些信號點是由不同的相位調(diào)制編碼產(chǎn)生，且它們被分配到不同的子載波。每個OFDM 符號都是由一個循環(huán)前綴加到一個由 IFFT 產(chǎn)生的塊的前面而構(gòu)成的。選擇一個循環(huán)前綴的長度以便信道時延不會引起連續(xù) OFDM 符號或鄰近的子載波產(chǎn)生沖突。接收端基于接收信號的質(zhì)量決定采用何種的調(diào)制方案。而且，系統(tǒng)會區(qū)分受損的子載波的信噪比以與選

27、擇在哪個信道上傳輸。2.32.3 OFDMOFDM 系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)2.3.12.3.1 同步技術(shù)同步技術(shù)OFDM 技術(shù)區(qū)分各個子信道的方法是利用各個子載波之間嚴(yán)格的正交性。頻偏和相位噪聲會使子載波之間的正交特性惡化從而導(dǎo)致子信道間的信號相互干擾 . . . 6 / 39(ICI)，這種對頻率偏差的敏感是 OFDM 系統(tǒng)的主要缺點之一，特別是在實際應(yīng)用中與 FDMA、TDMA 和 CDMA 等多址方式相結(jié)合時，時間和頻率同步尤為重要。時域同步，要求 OFDM 系統(tǒng)確定符號邊界，并且提取出最佳的采樣時鐘，從而減小載波干擾(ICI)和碼間干擾(ISI)造成的影響。在 OFDM 系統(tǒng)中，

28、只有發(fā)送和接收的子載波完全一致，才能保證載波間的正交性，從而可以正確接收信號。任何頻率偏移必然導(dǎo)致 ICI。實際系統(tǒng)中，由于本地時鐘源(如晶體振蕩器)不能精確的產(chǎn)生載波頻率，總要附著一些隨機(jī)相位調(diào)制信號。結(jié)果接收機(jī)產(chǎn)生的頻率不可能與發(fā)送端的頻率完全一致。對于單載波系統(tǒng)，相位噪聲和頻率偏移只是導(dǎo)致信噪比損失，而不會引入干擾。但對于多載波系統(tǒng)，卻會造成子載波間干擾(ICI)，因此 OFDM 系統(tǒng)對于載波偏移比單載波系統(tǒng)要敏感，必須采取措施消除頻率偏移。如果時域同步誤差較大，F(xiàn)FT 處理窗已超出了當(dāng)前 OFDM 符號的數(shù)據(jù)區(qū)域和保護(hù)時間區(qū)域，包括了相鄰的 OFDM 符號，則引入碼間干擾，嚴(yán)重惡化了系

29、統(tǒng)性能。 頻域同步，要求系統(tǒng)估計和校正接收信號的載波偏移。 與頻率誤差不同，時間同步誤差不會引起子載波間干擾(ICI)。但時間同步誤差將導(dǎo)致 FFT 處理窗包含連續(xù)的兩個 OFDM 符號，從而引入了 OFDM 符號間干擾(ISI)。并且即使 FFT處理窗位置略有偏移，也會導(dǎo)致 OFDM 信號頻域的偏移，從而造成信噪比損失，BER 性能下降。OFDM 系統(tǒng)中的同步過程一般分為捕獲和跟蹤兩個階段，捕獲階段進(jìn)行粗同步，跟蹤階段進(jìn)行細(xì)同步，以進(jìn)一步減小誤差。對十突發(fā)式的數(shù)據(jù)傳輸，一般是通過發(fā)送輔助信息來實現(xiàn)同步。當(dāng)前提出的OFDM 系統(tǒng)中，采用輔助信息的同步方式主要可以分為：插入導(dǎo)頻符號的同步和基于循

30、環(huán)前綴的同步。這兩種同步方法，各有其優(yōu)缺點。插入導(dǎo)頻符號法同步性能較好，但是這種方法浪費(fèi)了帶寬和功率資源，降低了系統(tǒng)的有效性。基于循環(huán)前綴的同步法可以應(yīng)用最大似然估計算法，克服了插入導(dǎo)頻符號浪費(fèi)資源的缺點，且簡單、易實現(xiàn)，但是同步圍較小。同步是 OFDM 技術(shù)中的一個難點，許多學(xué)者提出了很多 OFDM 同步算法，其中 . . . 7 / 39較常用的有利用奇異值分解的 ESPRIT 同步算法和 ML 估計算法， ESPRIT 算法雖然估計精度高，但計算復(fù)雜，計算量大，而 ML 算法利用 OFDM 信號的循環(huán)前綴，可以有效地對 OFDM 信號進(jìn)行頻偏和時偏的聯(lián)合估計，而且與 ESPRIT 算法相

31、比，其計算量要小得多。OFDM 系統(tǒng)對定時頻偏的要小于 OFDM 符號間隔的 4%，對頻率偏移的要求大約要小于子載波間隔的 1%2%，系統(tǒng)產(chǎn)生的-3dB 相位噪聲帶寬大約為子載波間隔的 0.01%0.1%。2.3.22.3.2 信道估計信道估計在 OFDM 系統(tǒng)中，信道估計器的設(shè)計主要有兩個問題：一是導(dǎo)頻信息的選取。由于無線信道常常是衰落信道，需要不斷對信道進(jìn)行跟蹤，因此導(dǎo)頻信息也必須不斷地傳送；二是復(fù)雜度較低和導(dǎo)頻跟蹤能力良好的信道估計器的設(shè)計。在實際設(shè)計中，導(dǎo)頻信息的選擇和最佳估計器的設(shè)計通常又是相互關(guān)聯(lián)的，因為估計器的性能與導(dǎo)頻信息的傳輸方式有關(guān)。2.3.32.3.3 降低峰值平均功率比

32、降低峰值平均功率比由于OFDM信道時域上表現(xiàn)為N個正交子載波信號的疊加，當(dāng)這N個信號恰好均以峰值疊加時，OFDM信號也將產(chǎn)生最大峰值，該峰值功率是平均功率的N倍。盡管峰值功率出現(xiàn)的概率較低，但為了不知真地傳輸這些高PAPR的OFDM信號，發(fā)送端對高功率放大器(HPA)的線性度要求也很高。因此，高的PAPR使得OFDM系統(tǒng)的性能大大下降甚至直接影響實際應(yīng)用。為了解決這一問題，人們提出了基于信號畸變技術(shù)、信號擾碼技術(shù)和基于信號空間擴(kuò)展等降低OFDM系統(tǒng)PAPR的方法。2.3.42.3.4 均衡均衡在一般的衰落環(huán)境下，OFDM 系統(tǒng)中的均衡不是有效改善系統(tǒng)性能的方法。因為均衡的實質(zhì)是補(bǔ)償多徑信道引起

33、的碼間干擾，而 OFDM 技術(shù)本身已經(jīng)利用了多徑信道的分集特性，因此在一般情況下，OFDM 系統(tǒng)就不必再做均衡了。在高度散射的信道中，信道記憶長度很長，循環(huán)前綴 CP 的長度必須很長，才能使 ISI 盡量不出現(xiàn)。但是，CP 長度過長必然導(dǎo)致能量大量損失，尤其對子載波個數(shù)不是很 . . . 8 / 39大的系統(tǒng)。這時，可以考慮加均衡器以使 CP 的長度適當(dāng)減小，即通過增加系統(tǒng)的復(fù)雜性換取系統(tǒng)頻帶利用率的提高。2.3.52.3.5 編碼信道和交織編碼信道和交織為了提高數(shù)字通信系統(tǒng)性能，信道編碼和交織是普遍采用的方法。對于衰落信道中的隨機(jī)錯誤，可以采用信道編碼；對于衰落信道中的突發(fā)錯誤，可以采用交織

34、技術(shù)。實際應(yīng)用中，通常同時采用信道編碼和交織，進(jìn)一步改善整個系統(tǒng)的性能。在OFDM系統(tǒng)中，如果信道衰落不是太嚴(yán)重，均衡是無法再利用信道的分集特性來改善系統(tǒng)性能的，因為OFDM系統(tǒng)自身具有，利用信道分集特性的能力，一般的信道特性信息已經(jīng)被OFDM這種調(diào)制方式本身所利用了。但是OFDM系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)卻為在子載波間進(jìn)行編碼提供了機(jī)會，形成COFDM方式。編碼可以采用各種碼，如:：分組碼、卷積碼等，其中卷積碼的效果要比分組碼好。 . . . 9 / 39第第 3 3 章章 OFDMOFDM 調(diào)制器技術(shù)調(diào)制器技術(shù)3 3.1.1 OFDMOFDM 調(diào)制解調(diào)原調(diào)制解調(diào)原理理OFDM 技術(shù)對信號進(jìn)行 I/Q 調(diào)制

35、, 在 IQ 兩路調(diào)制時沒有幅度上的失真, 所以極大的克服了模擬 I/Q調(diào)制的幅度和相位不平衡性, 克服了模擬混頻電路非線性的影響。由于 FPGA的可編程性, 使用 FPGA 實現(xiàn)調(diào)制 /解調(diào)可以提高系統(tǒng)的可編程性。在 FPGA 中在使用平方根升余弦濾波器對基帶信號濾波, 以消除符號間干擾, 濾波后的IQ兩路信號通過乘法器與 NCO 中的正弦和余弦中頻載波相乘完成 IQ 調(diào)制, 最后兩路信號相加通過 DA 轉(zhuǎn)換送入信道。接收時將信道來的通過 AD轉(zhuǎn)換后的信號通過與 NCO 的兩路正交載頻相乘分解出 IQ 兩路信號送至 FPGA 進(jìn)行 OFDM 調(diào)制在并串轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出。實現(xiàn)框圖分別如圖 3.1、

36、圖 3.2和圖 3.3。圖 3.1 基于 OFDM 系統(tǒng)得調(diào)制和解調(diào)框圖 . . . 10 / 39圖 3.2 調(diào)制原理框圖圖 3.3 調(diào)制原理框圖一個 OFDM 符號之包含多個經(jīng)過相移鍵控(PSK)或者正交幅度調(diào)制(QAM)的子載波。如果用 N 表示子載波的個數(shù)，T 表示 OFDM 符號的持續(xù)時間(周期)， di(i=0,1,2,N-1) 表示分配給每個子信道的數(shù)據(jù)符號， i表示第 i 個子載波的載波頻率，矩形函數(shù) rect(t)=1,|t|T/2,則 t=ty從開始的 OFDM 符號可以表示為：(3.1)TttttTtttttfjTttrectdtsssssNisisi0)(2exp)2/

37、(Re)(10一旦將要傳輸?shù)谋忍胤峙涞礁鱾€子載波上，某一種調(diào)制模式則將它們映射為子載波的幅度和相位，通常采用等效基帶信道來表示 OFDM 的輸出信號:(3.2)TttttTtttttTijTttrectdtsssssNissi0)(/2exp)2/()(10其中 s(t)的實部和虛部分別對應(yīng) OFDM 符號的同相(In-phase)和正交 . . . 11 / 39(Quadrature-phase)分量，在實部系統(tǒng)可以分別與相應(yīng)子載波的余弦分量和正弦分量相乘，構(gòu)成最終的子信道信號和合成的 OFDM 符號。圖 3.1 展示了 OFMD 系統(tǒng)調(diào)制解調(diào)模型框圖，其中 =c+i/T。在接收端，將接收

38、的同相和正交矢量映射回數(shù)據(jù)，完成子載波調(diào)制。tfje12信道來自信道的數(shù)據(jù)串并變換d1d0dN-1tfje22tfjNe12s(t)tfje12tfje22tfjNe12積分積分積分0d1Nd1d并串變換圖 3.4 OFDM 系統(tǒng)調(diào)制解調(diào)模型框圖這種正交性還可以從頻域角度來理解,在每一個子載波頻率的最大處,所有其他子信道的頻譜值恰好為零,因此在理想情況下,可以從多個相互重疊的子信道符號頻譜中提取出各個子信道符號,而不會受到其他子信道的干擾。OFDM 實際上是可以滿足無符號間干擾的奈奎斯特準(zhǔn)則,這種消除子信道間干擾(ICI)的方法是通過在時域中使用矩形脈沖成形,在頻域中每個子載波的最大處采樣來實

39、現(xiàn)。3.23.2 采用采用 IFFTIFFT 和和 FFTFFT 的的 OFDMOFDM 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 快速傅里葉變換是一個相對成熟和完善的算法，該算法因其方便、快捷和有效性在很多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。傅里葉變換獨特的蝶型運(yùn)算不僅在現(xiàn)有的通信與信號處理方面具有很強(qiáng)的優(yōu)勢，在 OFDM 系統(tǒng)中同樣也能起到一定的作用。在實際應(yīng)用中，系統(tǒng)并行數(shù)據(jù)的調(diào)制與解調(diào)可以采用反傅立葉變換 (IFFT) 和傅立葉變換 (FFT) 來實現(xiàn)。采用 IFFT 和 FFT 的 OFDM 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖所示。 . . . 12 / 39圖 3.5 采用 IFFT 和 FFT 的 OFDM 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)對于 N 比較大的系統(tǒng)，式

40、（3.2）中的 OFDM 復(fù)等效基帶信號可以采用離散傅里葉逆變換（IDFT）方法實現(xiàn)。為了敘述簡潔，可以令式（3.2）中的 ts=0 并且忽略矩形，對于信號 s(t)以 T/N 的速率進(jìn)行抽樣，即令 t=kT/N(k=0,1,N-1)，則得到： (3.3)102s(/)exp()Nkiiiks kt NdjN(01)kN可以看到等效為對 進(jìn)行 IDFT 運(yùn)算。同樣在接收端，為了恢復(fù)出原始id的數(shù)據(jù)符號 ，可以對進(jìn)行逆變換，即 DFT 得到：id (3.4)102s exp()NikiikdjN(01)iN 調(diào)制(如QAM)串行變并行二進(jìn)制信源IFFT低通濾波器信道解調(diào)(如QAM)并行變串行二進(jìn)

41、制數(shù)據(jù)FFT低通濾波器X(k)s(n)s(t)載波調(diào)制載波解調(diào)r(t)r(n)Y(k) . . . 13 / 39根據(jù)以上分析，可以看到 OFDM 系統(tǒng)的調(diào)制解調(diào)可以分別有 IDFT 和 DFT 來替代，通過 N 點的 IDFT 運(yùn)算，把頻域數(shù)據(jù)符號變換為時域數(shù)據(jù)符號 ，經(jīng)過射idsk頻載波調(diào)制之后，發(fā)送到無線信道中。其中每一個 IDFT 輸出的數(shù)據(jù)符號都是sk由所有子載波信號經(jīng)過疊加而成的，既對連續(xù)的多個經(jīng)過調(diào)制的子載波的疊加信號進(jìn)行抽樣得到的。在 OFDM 系統(tǒng)實際的運(yùn)用中，可以采用更加快捷方便的 IFFT/FFT。N 點 IDFT運(yùn)算需要實施 N2 次復(fù)數(shù)乘法，而 IFFT 則可以明顯地

42、降低運(yùn)算復(fù)雜度。對于常用的基 2 的 IFFT 算法，其復(fù)數(shù)乘法次數(shù)僅僅為（N/2）log2(N)，以 16 點的變換為例，IDFT 和 IFFT 中所需要的乘法次數(shù)分別為 256 次和 32 次，并且鎖著子載波個數(shù) N 的增加，復(fù)雜度之間的差距也會越來越明顯，IDFT 的計算復(fù)雜度隨著 N 增加而二次方增長，IFFT 的計算復(fù)雜度卻只是略快于線性變化。對于子數(shù)量龐大的OFDM 系統(tǒng)來說，可以進(jìn)一步采用基 4 的 IFFT 算法來實施傅里葉變換。 . . . 14 / 39第第 4 4 章章 OFDMOFDM 調(diào)制器的調(diào)制器的 MTALABMTALAB 仿真仿真使用 MATLAB 可實現(xiàn) OF

43、DM 調(diào)制器的仿真，OFDM 調(diào)制器的系統(tǒng)模型可表示如圖4.1 所示。數(shù)據(jù)源 FCH 和 DATA 使用預(yù)先存儲的數(shù)據(jù)(0、1 比特流)，數(shù)據(jù)大小分別為 3613 比特和 3640 比特。為了信號可以有效傳輸，系統(tǒng)采用 BPSK 和DBPSK 調(diào)制方案，采用 256 點的 IFFT 的運(yùn)算模塊。為消除 ISI 和多徑造成的 ICI的影響，添加循環(huán)前綴，循環(huán)前綴大小為 30 采樣點。為了讓 OFDM 信號的帶外功率譜密度下降的更快，對信號進(jìn)行加窗。最后在信號的頭部位置加上前導(dǎo)碼，形成 OFDM 幀，進(jìn)行發(fā)送。 圖 4.1 G3-PLC 協(xié)議的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu) 圖 4.2 OFDM 調(diào)制器系統(tǒng)模型數(shù)據(jù)源

44、 FCH 和 DATA 使用預(yù)先存儲的 0、1 數(shù)據(jù)流，數(shù)據(jù)大小分別為 3613比特和 3640 比特，其中 FCH 采用 BPSK 映射，DATA 采用 DBPSK 映射。SYNCPSYNCMSYNCMSYNCPSYNCPSYNCPSYNCPSYNCPSYNCPSYNCPFCH1FCH3FCH13OVERLAPGIFCH1OVERLAPGIOVERLAPGIOVERLAPGIOVERLAPGID1PreambleFCHDATABPSK映射DBPSK映射IFFT添加循環(huán)前綴加窗成幀模塊前導(dǎo)生成模塊FrameDATAFCH . . . 15 / 394.14.1 IFFTIFFT 模塊模塊在進(jìn)行

45、 IFFT 運(yùn)算時，IFFT 的輸入為 36 個子載波，其中第一個子載波放置到第 23 號位置，最后一個子載波放置到第 58 號位置，其余位置補(bǔ)零。其中 IFFT運(yùn)算結(jié)果有用的數(shù)據(jù)只為實部。圖 4.3 IFFT 模塊結(jié)構(gòu)圖4.24.2 添加循環(huán)前綴添加循環(huán)前綴由于信道具有記憶性，導(dǎo)致結(jié)果輸出不僅與當(dāng)前輸入塊有關(guān)，還與上一個輸入塊有關(guān)，這樣就引起了塊間干擾(ISI)。并且由于多徑傳播的影響，會造成子載波間的干擾(ICI)，即子載波的正交性遭到破壞。圖 4.4 添加循環(huán)前綴02358 IFFT255FCHDATA取實部運(yùn)算Signal_ifft00 循環(huán)前綴 CP c0 c29 c30 c285

46、帶循環(huán)前綴的數(shù)據(jù)塊 OFDM符號 c0 c1 c2 c226 c255 . . . 16 / 394.34.3 加窗模塊加窗模塊采用特定的窗函數(shù)，每個符號邊界的 8 個采樣點使用升余弦函數(shù)，其余采樣點窗函數(shù)值設(shè)置為 1。圖 4.5 升余弦窗函數(shù)相鄰符號間的頭部 8 采樣點和尾部 8 采樣點進(jìn)行覆蓋疊加。示意圖如下：圖 4.6 符號的覆蓋疊加4.44.4 前導(dǎo)模塊前導(dǎo)模塊前導(dǎo)是由 8 個 SYNCP 符號和 1.5 個 SYNCM 符號連接后加窗后構(gòu)成，其中每個SYNCP 和 SYNCM 符號都包含了 256 點。圖 4.7 前導(dǎo)加窗示意圖頭部 尾部頭部 尾部頭部 尾部第n-1個符號第n個符號第

47、n+1個符號+最終的符號 SYNCPSYNCPSYNCPSYNCPSYNCPSYNCPSYNCPSYNCPSYNCP1/2MSYNCM8個采樣點8個采樣點升余弦函數(shù)窗函數(shù) . . . 17 / 39SYNCP 是由固定的 36 個初始相位為映射復(fù)數(shù)做 IFFT 后取實部的結(jié)果，SYNCM符號為 SYNCP 符號取反的結(jié)果。4.54.5 成幀模塊成幀模塊圖 4.8 一幀信號波形圖圖 4.9 一幀信號的功率譜示意圖第第 5 5 章章 OFDMOFDM 調(diào)制器的調(diào)制器的 VerilogVerilog 仿真仿真5.15.1 OFDMOFDM 調(diào)制器的結(jié)構(gòu)設(shè)計調(diào)制器的結(jié)構(gòu)設(shè)計02000400060008

48、0001000012000140001600018000-0.08-0.06-0.04-0.0200.020.040.060.08OFDM位 位00.20.40.60.811.21.41.61.82x 105-30-20-1001020304050位 位 (位 位 Hz)位 位 位 位 位 /dB位 位 位 位 位 位 . . . 18 / 39圖 5.1 為 OFDM 調(diào)制器 Verilog 仿真的結(jié)構(gòu)框圖，系統(tǒng)設(shè)計基于 G3-PLC 協(xié)議。數(shù)據(jù)源 FCH 和 DATA 采用預(yù)先存儲于 ROM 的數(shù)據(jù)，然后數(shù)據(jù)經(jīng)過映射模塊，映射數(shù)據(jù)在做 IFFT 運(yùn)算之前要進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，添加循環(huán)前綴和加窗后

49、，與前導(dǎo)碼進(jìn)行疊加，形成 OFDM 幀。ROMBPSK/DBPSK映射IFFT前數(shù)據(jù)處理IFFT添加循環(huán)前綴和加窗前導(dǎo)生成模塊成幀模塊OFDM幀ROMSYNCPDATAFCH圖 5.1 OFDM 調(diào)制器的結(jié)構(gòu)框圖5.25.2 子模塊仿真分析子模塊仿真分析5.2.15.2.1 BPSK/DBPSKBPSK/DBPSK 映射映射本次設(shè)計的數(shù)據(jù)源 FCH 和 DATA 預(yù)先存儲于 ROM 模塊中，模塊設(shè)計方案為當(dāng)FCH 數(shù)據(jù)輸入使能信號 en_FCH 有效時，輸入 FCH 待映射數(shù)據(jù)，輸出數(shù)據(jù) out_map為 BPSK 映射的 FCH；若 DATA 數(shù)據(jù)輸入使能信號 en_DATA 有效時，輸入

50、DATA 待映射數(shù)據(jù)，輸出數(shù)據(jù) out_map 為 DBPSK 映射的 Data。函數(shù)結(jié)構(gòu)如圖 5.2 所示：圖 5.2 BPSK/DBPSK 映射函數(shù)其中，每 36 個數(shù)據(jù)的起點，輸出一個 sop_map 信號，表示映射數(shù)據(jù)輸出的起點。數(shù)據(jù)進(jìn)行 BPSK/DBPSK 映射的時候，由于調(diào)制方式差異的原因，如果 DATA . . . 19 / 39緊跟著 FCH 輸入完就輸入進(jìn)行 DBPSK 映射，那么 DBPSK 的輸出會比 BPSK 輸出晚兩個時鐘才會開始，所以需要讓 DATA 提前兩個時鐘輸入。BPSK/DBPSK 映射仿真波形如圖 5.3、5.4 所示。圖 5.3 BPSK 映射仿真波形

51、圖 5.4 DBPSK 映射仿真波形 . . . 20 / 395.2.25.2.2 IFFTIFFT 前數(shù)據(jù)處理前數(shù)據(jù)處理IFFT 前數(shù)據(jù)處理的主要目的是實現(xiàn)輸入 IFFT 的數(shù)據(jù)流的控制，使輸入數(shù)據(jù)能夠滿足 IFFT 模塊的處理數(shù)據(jù)的要求。圖 5.5 數(shù)據(jù)流控制示意圖5.2.35.2.3 IFFTIFFT 模塊模塊IFFT 模塊采用了經(jīng)過優(yōu)化的 ALTER 公司的 IP 核 FFT V7.2。該 IP 核處理速度快、占用資源少、使用方便，能夠滿足本設(shè)計的應(yīng)用要求。RAM1RAM2MUXMUX輸入數(shù)據(jù)IFFT800K800K . . . 21 / 39圖 5.6 IFFT 模塊仿真波形圖5.

52、2.45.2.4 添加循環(huán)前綴和加窗添加循環(huán)前綴和加窗將 IFFT 運(yùn)算結(jié)果暫存于兩塊 RAM 中，用來交替存儲流入的數(shù)據(jù)。 循環(huán)前綴的方案采用重復(fù)讀取 RAM 中的數(shù)據(jù)的方式，將一部分?jǐn)?shù)據(jù)重復(fù)復(fù)制，從而形成循環(huán)前綴。圖 5.7 數(shù)據(jù)流控制示意圖226-2550-2550123456789101112131415248 249 250 251 252 253 254 255保護(hù)間隔RAM中的數(shù)據(jù)有效數(shù)據(jù) . . . 22 / 39由于 FPGA 中乘法器需要占用很大的資源，所以在硬件設(shè)計中將升余弦函數(shù)部分用程序直接實現(xiàn)，其實現(xiàn)方法為將升余弦函數(shù)的數(shù)值轉(zhuǎn)化為 8 位二進(jìn)制，用移位代替乘法器，而其

53、他數(shù)值保持不變。圖 5.8 添加循環(huán)前綴和加窗函數(shù)仿真波形5.2.55.2.5 前導(dǎo)生成模塊前導(dǎo)生成模塊首先將一個符號的 SYNCP 的數(shù)據(jù)預(yù)先存儲在 256*16bit 的 ROM 中，SYNCM 采用 SYNCP 取反的結(jié)果，不會單獨再存放于 ROM 中。前導(dǎo)生成函數(shù)結(jié)構(gòu)圖如圖 5.13所示，輸入信號 ena 啟動前導(dǎo)序列生成的信號，輸出信號 oData_preamble_valid為前導(dǎo)序列的有效信號。圖 5.9 前導(dǎo)生成函數(shù)結(jié)構(gòu)圖函數(shù)部設(shè)置計數(shù)器變量 cnt，讀取 9.5 個符號。當(dāng)計數(shù)器 cnt 為 0 時，開始進(jìn)行第一個符號讀取，同時頭部 8 點進(jìn)行加窗，由于地址的讀取會產(chǎn)生兩個時

54、鐘 . . . 23 / 39的延時，所以當(dāng)?shù)刂纷x取從 2 開始(0 和 1 由于地址無效，不是有效值)。第一個符號讀取完畢后繼續(xù)從 ROM 中重復(fù)讀取第 2 至第 8 個 SYNCP，此時已讀取了 8 個SYNCP。當(dāng)計數(shù)器計數(shù)至 8 時，讀取 SYNCP 的同時取反，形成 SYNCM，當(dāng)計數(shù)器計數(shù)至 9 時，讀取 1/2 個 SYNCM 的同時進(jìn)行尾部 8 點加窗，生成前導(dǎo)。前導(dǎo)仿真波形圖如圖 5.14 所示。圖 5.10 前導(dǎo)仿真波形圖5.2.65.2.6 成幀模塊成幀模塊由于前導(dǎo)長度 2432 點，需要設(shè)置移位寄存器進(jìn)行 cp 的 2432 個時鐘的輸出延時，將前導(dǎo)的輸出和數(shù)據(jù)的輸出連

55、續(xù)形成一幀。圖 5.11 OFDM 仿真波形圖 . . . 24 / 395.35.3 仿真結(jié)果的對比驗證仿真結(jié)果的對比驗證將 Verilog 的仿真結(jié)果與 MATLAB 的仿真結(jié)果進(jìn)行比較，圖 5.12 展示的是Verilog 仿真值與 MATLAB 計算結(jié)果的均方誤差。從圖中可以看出 Verilog 的計算值與 MATLAB 的計算值存在誤差。這個誤差的來源主要有兩個方面，一方面是因為采用定點數(shù)計算，轉(zhuǎn)換過程中有一定的舍入誤差。令一方面是在計算過程中也會產(chǎn)生一些累積的誤差。但這個均方誤差值均小于，完全能夠滿足系統(tǒng)設(shè)計510要求。05010015020025030000.511.522.53

56、3.54x 10-5位 位 位 位位 位 位 位位 位 位 位 位圖 5.12 均方誤差值 . . . 25 / 39第第 6 6 章章 總結(jié)總結(jié)OFDM 是一種能夠?qū)褂啥鄰剿ヂ湫诺涝斐傻姆栭g干擾的有效技術(shù)，它可在頻率選擇性衰落信道中實現(xiàn)高速率的無線通信。第三代移動通信系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)己確定，第四代移動通信系統(tǒng)己處于研究和試驗階段。OFDM 技術(shù)作為一種高效的調(diào)制技術(shù)，將成為第四代移動通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。作為 OFDM 系統(tǒng)中關(guān)鍵技術(shù)之一的信道估計，它的性能直接影響到未來移動通信的通信品質(zhì)。開展這方面的研究具有很強(qiáng)的理論和現(xiàn)實意義。 OFDMOFDM 技術(shù)的主要優(yōu)缺點：技術(shù)的主要優(yōu)缺點：優(yōu)點

57、：優(yōu)點：(1) 適用于多徑環(huán)境和衰落信道中的高速數(shù)據(jù)傳輸它將高速串行數(shù)據(jù)分割成多個子信號，降低碼元速率，相應(yīng)延長了碼元周期；當(dāng)傳輸?shù)姆栔芷诖笥谧畲笱舆t時間時就能夠有效的減弱多徑擴(kuò)展的影響。所以O(shè)FDM 對信道中因多徑傳輸而出現(xiàn)的 ISI 有很強(qiáng)的魯棒性，系統(tǒng)總的誤碼率性能好。(2) 具有很強(qiáng)的抗信道衰落能力在 OFDM 中由于并行數(shù)據(jù)碼元周期很長，一般大于深衰落的延續(xù)時間，通常衰落發(fā)生在某個子載波上，這時通過各個子載波的聯(lián)合編碼，便可恢復(fù)。如果衰落不是特別嚴(yán)重，簡單的均衡器結(jié)構(gòu)是 OFDM 的突出優(yōu)點之一。由于 OFDM 在每個子信道上通常經(jīng)歷的是平坦衰落，所以可以方便的對各個子信道進(jìn)行頻域

58、均衡。通常，一階抽頭濾波器結(jié)構(gòu)的均衡器便可滿足要求。這對接收機(jī)的復(fù)雜度是個很大的簡化。(3) 頻譜利用率高傳統(tǒng)的頻分多路傳輸方法是將頻帶分為若干個不相交的子頻帶來并行傳輸數(shù)據(jù)流，各個子信道之間要保留足夠的保護(hù)頻帶。而 OFDM 系統(tǒng)由于各個子載波之間存在正交性，允許子信道的頻譜互相重疊，因此與常規(guī)的頻分復(fù)用系統(tǒng)相比，OFDM 系統(tǒng)可以最大限度地利用頻譜資源。當(dāng)子載波個數(shù)很大時，系統(tǒng)的頻譜利用 . . . 26 / 39率趨于。2/Baud Hz(4) 可以采用 IDFT 和 DFT 方法來實現(xiàn)各個子信道中的正交調(diào)制和解調(diào)可以采用 IDFT 和 DFT 方法來實現(xiàn)。尤其在子載波數(shù)目眾多的情況下，采用 FFT 算法能大大減少系統(tǒng)的復(fù)雜度，簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，使得 OFDM 技術(shù)更趨于實用化。(5) 抗窄帶干擾因為窄帶干擾只能影響一小部分的子載波，因此 OFDM 系統(tǒng)可以在某種程度上抵抗這種窄帶干擾。缺點缺點：(1) 對定時和頻率偏移敏感由于子信道的頻譜相互覆蓋，這就對它們之間的正交性提出了嚴(yán)格的要求。然而由于無線信道存在時變性，在傳輸過程中會出現(xiàn)無線信號的頻率偏移，例如多普勒頻移，或者由于發(fā)射機(jī)載波頻率與接收機(jī)本地振蕩器之間存在的頻率偏差，都會使得 OFD