正交频分复用

无线系统中OFDM波形的设计与评估

正交频分复用(OFDM)是多载波调制系统,其中数据被发送为称为子载波的正交窄带信号的组合。OFDM在单载波调制时构建,例如QAM,并且可以以类似的数据速率传输。然而,OFDM对频率选择性衰落更加稳健,并在接收器处简化均衡。OFDM是一种在许多常见无线通信标准中发现的基础方案,如WiFi,LTE., 和5G. 你可以用MATLAB®万博1manbetx®要配置和生成OFDM波形,请遵守这些标准,以模拟和测试设备的物理层模型无线通信系统。

OFDM是如何工作的?

OFDM传输方案可以分解为多个组件。数据首先编码和调制,通常是QAM符号。这些符号加载到等间隔的频率箱中,并且施加逆快速傅里叶变换(IFFT)以将信号转换为时域中的正交重叠正弦曲线。IFFT由等式给出:

$$x(n)={1\overn}\sum{k=0}{n-1}x(k)e^{i\frac{2\pi xt}{n}$$

IFFT输出处的N个样本构成一个OFDM符号。然后将循环前缀附加到每个OFDM符号,如果循环前缀至少与信道冲激响应一样长,则允许通过线性卷积计算循环卷积。这允许接收机处的均衡通过独立地应用于每个OFDM符号的简单复标量乘法来消除符号间干扰。在典型的OFDM应用中,在发射机处添加已知导频符号以辅助信道估计和均衡。

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使用MATLAB模拟和验证典型OFDM传输工作流的过程。(代码示例)

在诸如LTE或5G之类的标准中,多个OFDM符号可以在OFDM时隙或子帧中级联和传输。每个子帧的符号数取决于标准和子载波间距。例如,下面的LTE资源网格表示将子载波分组为每个子帧12个(每个12个子载波构成一个资源块)和14个OFDM符号的块的配置。

使用LTE工具箱将OFDM物理信道映射到资源网格(实例)

为什么要使用OFDM?

OFDM是许多无线通信标准中广泛采用的方案。OFDM的一些好处包括:

  • 克服宽带信道中的频率选择性衰落和多径失真
  • 允许在每个子载波独立地进行信道估计和均衡
  • 跨多个数据流轻松共享资源
  • 能够适应MIMO和大规模MIMO因为每个子载波都经历平坦衰落,所以均衡包括每个子载波一次抽头
  • 高总频谱效率

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MATLAB、S万博1manbetximulink和相关无线通信工具箱,如Communications Toolbox™,无线局域网工具箱™,LTE工具箱™, 和5G Toolbox™包括直接设计和测试OFDM信号的功能和模块。您可以使用MATLAB和Simulink来:万博1manbetx

  • 设计、测试并对OFDM波形执行链路级仿真
  • 使用函数和块自定义OFDM参数,如训练信号、零填充和循环前缀
  • 将OFDM应用于您的无线系统设计,分析指标,如链接性能,鲁棒性,信道估计和均衡
  • 设计和优化数字、模拟或混合波束形成最大化性能的算法
  • 调用特定功能,用于生成针对不同行业标准定制的OFDM波形
  • 生成符合标准的OFDM波形,用于模拟或使用无线波形发生器应用程序
  • 优化的OFDM无线系统设计HDL代码生成和硬件实现无线HDL工具箱™.

另见:无线通信,5G无线技术发展,巨大的mimo.,射频系统,无线收发器,5G工具箱,LTE工具箱,无线局域网工具箱,软件定义的无线电,频道模型