Модулирующая полоса OFDM-модулятора

Модуляция с использованием модуляции с ортогональным частотным разделением

Библиотека:
Набор средств связи/модуляция/цифровая модуляция основной полосы частот/OFDM

Описание

Блок основной полосы частот модулятора OFDM применяет модуляцию мультиплексирования с ортогональным частотным разделением к входящему сигналу данных. Выходной сигнал является представлением модулирующего сигнала OFDM.

Порты

Вход

развернуть все

`In` - Входной сигнал
3-D массив

Входной сигнал, заданный как вектор 3D. Блок принимает один или два входа в зависимости от состояния входного порта пилота. Размеры входного сигнала:

Входной порт пилота	Вход сигнала	Входной сигнал пилота
прочь	N _данных -по-N _sym -по-N _t	Н/Д
на	N _данных -по-N _sym -по-N _t	N _пилот -по-N _sym -по-N _t

где

_Ndata представляет количество поднесущих данных. Для получения дополнительной информации о том, как определяется _Ndata, см. info справочная страница.
_Nsym представляет количество символов, определенное числом символов OFDM.
_Nt представляет количество передающих антенн, определяемое числом передающих антенн.
_Npilot представляет количество символов пилот-сигнала, определяемое первым размером размерности в массиве индексов поднесущих пилот-сигнала.
_NCP представляет длину циклического префикса, определяемую длиной циклического префикса.
_NCPTotal представляет длину циклического префикса по всем символам. Когда _NCP является скаляром, _NCPTotal = _NCP × _Nsym. Когда _NCP является вектором строки, _NCPTotal = ∑ _NCP.
_NFFT представляет количество поднесущих, определяемое длиной БПФ.

Типы данных: double
Поддержка комплексного номера: Да

Продукция

развернуть все

`Out` - Модулируемый сигнал основной полосы частот
2-D массив

Модулируемый сигнал основной полосы частот, возвращаемый в виде 2D матрицы. Тип данных выходных данных следует за входным типом данных. Выходной сигнал имеет размерность (N _CP + N _FFT) × _{N sym} -_by-N t.

Параметры

развернуть все

`FFT Length` - Количество точек DFT
64 (по умолчанию) | положительное целое число

Число точек DFT, указанное как положительное целое число. Длина FFT, _NFFT, должна быть больше или равна 8 и эквивалентна количеству поднесущих.

`Number of guard bands` - Количество поднесущих в левой и правой защитных полосах
`[6;5]` (по умолчанию) | 2 на 1 целочисленный вектор

Количество поднесущих, выделенных левой и правой защитным диапазонам, задаваемое как целочисленный вектор 2 на 1. Число поднесущих должно находиться в пределах [0, ⌊ _NFFT/2 ⌋ − 1], где в векторе столбца 2 на 1 независимо указываются левая_{, NлефтG} и правая_{, NireG}, защитные полосы.

`Insert DC null` - Параметр для вставки значения DC null
`off` (по умолчанию) | `on`

Выберите этот параметр для вставки значения null в поднесущую DC.

`Pilot input port` - Параметр для указания входного порта пилота
`off` (по умолчанию) | `on`

Выберите этот параметр, чтобы разрешить указание входного порта пилота.

`Pilot subcarrier indices` - Индексы пилотных поднесущих
`[12; 26; 40; 54]` (по умолчанию) | вектор столбца

Индексы пилотной поднесущей, заданные как вектор столбца. Это поле доступно, только если установлен флажок Pilot input port. Индексы можно назначить тем же или разным поднесущим для каждого символа. Аналогично, индексы несущих пилот-сигнала могут различаться в нескольких передающих антеннах. В зависимости от требуемого уровня управления для назначений индексов, размеры массива индексов различаются. Допустимые индексы пилота попадают в диапазон

$[_{Nлефт G} + 1,_{}_{} NFFT/2]∪[NFFT/2+2,_{} {NFFT}_{−}$ NireG],

где значение индекса не может превышать число поднесущих. Когда индексы пилот-сигнала одинаковы для каждого символа и передающей антенны, свойство имеет размеры _Npilot-by-1. Когда пилотные индексы различаются по символам, свойство имеет размеры _{Npilot-by-Nsym}. Если имеется только один символ, но несколько передающих антенн, свойство имеет размеры _{Npilot-by-1-by-Nt}. Если индексы изменяются по количеству символов и передающих антенн, свойство будет иметь размеры _{Npilot-by-Nsym-by-Nt}. Если число передающих антенн больше единицы, убедитесь, что индексы на символ взаимно различаются между антеннами, чтобы минимизировать помехи. Значение по умолчанию: [12; 26; 40; 54].

`Cyclic prefix length` - Длина циклического префикса
16 (по умолчанию) | положительный скаляр | положительный вектор

Длина циклического префикса, заданная как положительное целое число. При указании скаляра длина префикса одинакова для всех символов через все антенны. Если задан вектор строки длиной _Nsym, длина префикса может изменяться для разных символов, но остается одинаковой для всех антенн.

`Apply raised cosine windowing between OFDM symbols` - Возможность применения приподнятого косинусного окна между символами OFDM
`off` (по умолчанию) | `on`

Выберите этот параметр, чтобы применить увеличенное окно косинуса между символами OFDM. Оконное отображение - это процесс, в котором OFDM-символ умножается на увеличенное косинусное окно перед передачей для уменьшения мощности внеполосных поднесущих, что служит для уменьшения спектрального повторного роста.

`Window length` - Длина приподнятого косинусного окна
1 (по умолчанию) | положительный скаляр

Длина приподнятого окна косинуса, заданная как положительный скаляр. Это поле доступно только в том случае, если выбрано Применение увеличенного косинусного окна между символами OFDM. Используйте положительные целые числа, имеющие максимальное значение, не превышающее минимальную длину циклического префикса. Например, в конфигурации, в которой имеется четыре символа с длиной циклического префикса [12 16 14 18], длина окна не может превышать 12.

`Number of OFDM symbols` - Количество символов OFDM
1 (по умолчанию) | положительный скаляр

Количество символов OFDM во временной частотной сетке, указанное как положительный скаляр.

`Number of transmit antennas` - Количество передающих антенн
1 (по умолчанию) | положительный скаляр

Число передающих антенн, указанное как действительный положительный скаляр. Укажите количество передающих антенн, _Nt, как положительное целое число, такое что _Nt ≤ 64.

`Simulate using` - Тип выполняемого моделирования
`Code generation` (по умолчанию) | `Interpreted execution`

Тип выполняемого моделирования, указанный как Code generation или Interpreted execution.

Code generation - Моделирование модели с использованием сгенерированного кода C. При первом запуске моделирования Simulink ® генерирует код C для блока. Код C используется повторно для последующего моделирования, если модель не изменится. Эта опция требует дополнительного времени запуска, но скорость последующего моделирования быстрее, чемInterpreted execution.
Interpreted execution - Смоделировать модель с помощью интерпретатора MATLAB ®. Этот параметр требует меньше времени запуска, чем Code generation способ, но скорость последующего моделирования медленнее. В этом режиме можно отладить исходный код блока.

Примеры модели

OFDM с заданными пользователем индексами пилот-сигнала

Построение пары модулятор/демодулятор модуляции с ортогональным частотным разделением (OFDM) и определение их пилотных индексов. Системный объект модулятора OFDM позволяет задавать индексы пилотных поднесущих, согласующиеся с ограничениями, описанными в comm.OFDMModulator.info. В этом примере для передачи OFDM по каналу 3x2 создаются индексы пилот-сигнала для каждой из трех передающих антенн. Кроме того, индексы пилот-сигнала различаются между нечетными и четными символами.

OFDM с имитацией MIMO

Используйте модулятор OFDM и демодулятор в простом моделировании частоты ошибок MIMO 2x2. Параметры OFDM основаны на стандарте 802.11n.

IEEE 802.16-2009 WirelessMAN-OFDMA PHY Downlink PUSC

IEEE 802.16-2009 StartMAN-OFDMA PHY PUSC нисходящей линии связи

Частичное использование нисходящей линии связи физического уровня подканалов (PUSC) от базовой станции (BS) к двум мобильным станциям (MS) в соответствии со стандартом IEEE ® 802.16-2009 [1].

Digital Video Broadcasting - Terrestrial

Цифровое видеовещание - эфирное

Часть стандарта ETSI (European Telecommunications Standards Institute) EN 300 744 для наземной передачи сигналов цифрового телевидения. Стандарт предписывает конструкцию передатчика и устанавливает минимальные требования к производительности приемника.

Характеристики блока

Типы данных	`double`
Многомерные сигналы	`yes`
Сигналы переменного размера	`no`

Подробнее

развернуть все

Модуляция с ортогональным частотным разделением

Операция OFDM делит высокоскоростной поток данных на субпотоки с более низкой скоростью передачи данных путем разложения полосы частот передачи на N смежных индивидуально модулированных поднесущих. Множество параллельных и ортогональных поднесущих переносят выборки с почти той же полосой пропускания, что и широкополосный канал. Используя узкие ортогональные поднесущие, сигнал OFDM повышает устойчивость по частотно-избирательному каналу замирания и устраняет помехи соседних поднесущих. Межсимвольные помехи (ISI) уменьшаются, поскольку субпотоки с меньшей скоростью передачи данных имеют длительность символов, большую, чем разброс задержки канала.

Представление частотной области ортогональных поднесущих в форме сигнала OFDM выглядит следующим образом:

Передатчик применяет обратное быстрое преобразование Фурье (IFFT) к N символам одновременно. Выходной сигнал IFFT представляет собой сумму N ортогональных синусоид:

$x (t)_{}^{}_{}^{} =∑k=0N−1Xkej2πkΔft,$ 0≤t≤T,

где {Xk} - символы данных, а T - время символа OFDM. Символы Xk данных обычно сложны и могут быть из любого алфавита цифровой модуляции (например, QPSK, 16-QAM, 64-QAM).

Интервал между поднесущими равен Δf = 1/T; обеспечение ортогональности поднесущих в течение каждого периода символа, как показано ниже:

$\frac{}{}_{}^{1T∫0T} {(^{} ej2πmΔft}^{)} *^{(} ej2πnΔft) \frac{}{}_{}^{}^{dt=1T\int0Tej2π (m -} n) Δft dt = 0$ для m≠n.

Модулятор OFDM состоит из последовательно-параллельного преобразования с последующим набором N комплексных модуляторов, индивидуально соответствующих каждой поднесущей OFDM.

Распределение поднесущих, защитные полосы и защитные интервалы

Отдельные поднесущие OFDM выделяются как поднесущие данных, пилот-сигнала или нулевые поднесущие.

Как показано здесь, поднесущие обозначаются как поднесущие данных, DC, пилот-сигнала или защитной полосы.

Поднесущие данных передают данные пользователя.
Поднесущие пилот-сигнала используются для оценки канала.
Нулевые поднесущие не передают данных. Поднесущие без данных используются для обеспечения DC null и служат в качестве буферов между блоками ресурсов OFDM.
- Нулевая поднесущая постоянного тока является центром полосы частот со значением индекса (nfft/ 2 + 1), еслиnfft является четным, или ((nfft + 1 )/2), если nfft нечетно.
- Защитные полосы обеспечивают буферы между последовательными символами OFDM для защиты целостности передаваемых сигналов путем уменьшения межсимвольных помех.

Нулевые поднесущие позволяют моделировать защитные полосы и местоположения поднесущих постоянного тока для определенных стандартов, таких как различные форматы 802.11, LTE, WiMAX или для пользовательских назначений. Можно назначить расположение нулей, назначив вектор из нулевых индексов поднесущих.

Аналогично защитным полосам, защитные интервалы используются в OFDM для защиты целостности передаваемых сигналов путем уменьшения межсимвольных помех.

Назначение защитных интервалов аналогично назначению защитных полос. Можно моделировать защитные интервалы для обеспечения временного разделения между символами OFDM. Защитные интервалы помогают сохранять межсимвольную ортогональность после прохождения сигнала через каналы с временным разделением. Защитные интервалы создаются с помощью циклических префиксов. Вставка циклического префикса копирует последнюю часть символа OFDM как первую часть символа OFDM.

До тех пор, пока интервал временной дисперсии не превышает длительность циклического префикса, преимущество вставки циклического префикса сохраняется.

Вставка циклического префикса приводит к частичному снижению пропускной способности пользовательских данных, поскольку циклический префикс занимает полосу пропускания, которая может использоваться для передачи данных.

Увеличенное косинусное окно

В то время как циклический префикс создает защитный период во временной области для сохранения ортогональности, OFDM-символ редко начинается с той же амплитуды и фазы, которые проявляются в конце предшествующего OFDM-символа, вызывая повторный рост спектра и, следовательно, расширение полосы пропускания сигнала из-за интермодуляционного искажения. Чтобы ограничить этот спектральный рост, желательно создать плавный переход между последней выборкой символа и первой выборкой следующего символа. Это можно сделать, используя циклический суффикс и приподнятые косинусные окна.

Для создания циклического суффикса первые выборки NWIN данного символа добавляются к концу этого символа. Однако для соответствия стандарту 802.11g, например, длина символа не может быть произвольно увеличена. Вместо этого циклический суффикс должен перекрываться по времени и эффективно суммируется с циклическим префиксом следующего символа. Этот перекрывающийся сегмент является местом применения оконной обработки. Применяются два окна, одно из которых является математическим обратным другому. Первое приподнятое косинусное окно применяется к циклическому суффиксу символа k и уменьшается от 1 до 0 по его длительности. Второе приподнятое косинусное окно применяется к циклическому префиксу символа k + 1 и увеличивается от 0 до 1 по его длительности. Этот процесс обеспечивает плавный переход от одного символа к другому.

Приподнятое косинусное окно w (t) во временной области может быть выражено как:

$w (t) \begin{array}{l} = {1, \frac{_{}}{} \\ \frac{}{} \frac{}{_{}} 0\leq|t|<T-TW212{1+cos[πTW (| \frac{t_{|}}{} - T − \frac{_{TW2}}{})]}, \frac{_{}}{} \\ T−TW2≤|t|≤T+TW20, \end{array}$ иначе

где:

T - длительность символа OFDM, включая защитный интервал.
TW - длительность окна.

Настройте длину циклического суффикса с помощью свойства установки длины окна, при этом длина суффикса будет находиться в диапазоне от 1 до минимальной длины циклического префикса. В то время как оконная обработка улучшает спектральный рост, она делает это за счет устойчивости к многолучевому замиранию. Это происходит потому, что избыточность в защитной полосе уменьшается, потому что значения выборки защитной полосы нарушаются сглаживанием.

На следующих рисунках показано применение приподнятого косинусного окна.

Ссылки

[1] Дальман, Э., С. Парквалл и Дж. Скольд. 4G LTE/LTE-Advanced for Mobile Broadband .London: Elsevier Ltd., 2011.

[2] Эндрюс, Дж. Г., А. Гош и Р. Мухамед. Основы WiMAX .Upper Saddle River, Нью-Джерси: Prentice Hall, 2007.

Расширенные возможности

Создание кода C/C + +
Создайте код C и C++ с помощью Simulink ® Coder™

См. также

Блоки

Модулирующая полоса демодулятора OFDM | Основная полоса частот модулятора QPSK | Прямоугольная модулирующая полоса QAM

Документация

Модулирующая полоса OFDM-модулятора

Описание

Порты