移动通信教学课件第4章（上）OFDM调制.ppt

* 第4章 数字调制技术 第4章 数字调制技术 4.1 引言 4.2 线性调制技术 4.3 恒包络调制技术 4.4 “线性”和“恒包络”相结合的调制技术 4.5 正交频分复用（OFDM）技术 4.6 扩频调制技术 4.7 在多径衰落信道中的调制性能分析 4.1 引 言 移动通信的数字调制要求是:  (1） 必须采用抗干扰能力较强的调制方式(采用恒包络角调制方式以抗严重的多径衰落影响)；  (2） 尽可能提高频谱利用率:  ·占用频带要窄，带外辐射要小（采用FDMA、TDMA调制方式）；  ·占用频带尽可能宽，但单位频谱所容纳的用户数多（采用CDMA调制方式）；  (3） 具有良好的误码性能。 4.1.1 影响数字调制的因素 数字调制方式应考虑如下因素：抗扰性，抗多径衰落的能力， 已调信号的带宽，以及使用、成本等因素。 好的调制方案应在低信噪比的情况下具有良好的误码性能，具有良好的抗多径衰落能力， 占有较小的带宽， 使用方便，成本低。 4.1.2 数字调制的性能指标 数字调制的性能指标通常通过功率有效性ηp（Power Efficiency）和带宽有效性ηB(SpectralEfficiency)来反映。功率有效性ηp是反映调制技术在低功率电平情况下保证系统误码性能的能力, 可表述成每比特的信号能量与噪声功率谱密度之比： 带宽有效性ηB是反映调制技术在一定的频带内数字有效性的能力, 可表述成在给定带宽条件下每赫兹的数据通过率： (4-1) (4-2) 由香农(Shannon)定理： 式中，C为信道容量；B为RF带宽；S/N为信噪比; lb=loga, a=2。 因此，最大可能的ηBMAX为 对于GSM，B=200 kHz, SNR=10 dB, 则有： (4-3) (4-4) 4.1.3 当今蜂窝系统、PCS(个人通信系统)和无绳电话采用 的主要调制方式 当今蜂窝系统、PCS和无绳电话采用的主要调制方式见表4-1。 表4-1 蜂窝系统、 PCS和无绳电话采用的主要调制方式 4.5正交频分复用（OFDM）技术 4.5.1正交频分复用的原理 　　采用并行系统可以减小串行传输所遇到的上述困难。这种系统把整个可用信道频带B划分为N个带宽为Δf的子信道。把N个串行码元变换为N个并行的码元，分别调制这N个子信道载波进行同步传输，这就是频分复用。通常Δf很窄，若子信道的码元速率1／Ts≤Δf，各子信道可以看做是平坦性衰落的信道，从而避免严重的码间干扰。另外,若频谱允许重叠，还可以节省带宽而获得更高的频带效率，如图4-44所示。  图4-44　FDM（a）、OFDM(b)带宽的比较 　　OFDM系统如图4-45所示。设串行的码元周期为ts，速率为rs=1／ts。经过串/并变换后N个串行码元被转换为长度为Ts=Nts、速率为Rs=1／Ts=1／Nts=rs／N的并行码。N个码元分别调制N个子载波： fn=f0+nΔf (n=0，1，2，…，N-1) (4-142) 式中：Δf为子载波的间隔，设计为 (4-143) 　　它是OFDM系统的重要设计参数之一。当f01/Ts时，各子载波是两两正交的，即 (4-144) 其中,fk-fj=m/Ts(m=1，2，…)。把N个并行支路的已调子载波信号相加，便得到OFDM实际发射的信号： (4-145) 　　在接收端，接收的信号同时进入N个并联支路，分别与N个子载波相乘和积分(相干解调)便可以恢复各并行支路的数据： (4-146) 　　各支路的调制可以采用PSK、QAM等数字调制方式。为了提高频谱的利用率，通常采用多进制的调制方式。一般地，并行支路的输入数据可以表示为d(n)=a(n)+jb(n)，其中a(n)、b(n)表示输入的同相分量和正交分量的实序列(例如QPSK，a(n)、b(n)取值±1；16QAM取值±1、±3等等)，它们在每个支路上调制一对正交载波，输出的OFDM信号便为 式中:A(t)为信号的复包络，即 (4-147) 　　系统的发射频谱的形状是经过仔细设计的，使得每个子信道的频谱在其他子载波频率上为零，这样子信道之间就不会发生干扰。当子信道的脉冲为矩形脉冲时，具有sinc函数形式的频谱可以准确满足这一要求，如N=4、N=32的OFDM功率谱，如图4-46所示。 图4-47OFDM系统基本模型框图 图4-46OFDM的功率谱例子 　　由于频谱的重叠使得带宽效率得到了很大的提