OFDM Modulator Baseband

Модулируйте с использованием ортогонального частотного деления модуляции

Библиотека:
Communications Toolbox/Модуляция/Цифровая модуляция основной полосы/OFDM

Описание

Блок OFDM Modulator Baseband применяет ортогональное частотное Деление мультиплексирующую модуляцию к входному сигналу данных. Выходы являются базисным представлением модулированного сигнала OFDM.

Порты

Вход

расширить все

`In` - Входной сигнал
трехмерный массив

Входной сигнал, заданный как вектор 3D. Блок принимает один или два входов в зависимости от состояния Pilot input port. Размерности входного сигнала:

Пилотный Input port	Вход сигнала	Вход управления
прочь	N _данных -by-N _sym -by-N _t	Н/Д
на	N _данных -by-N _sym -by-N _t	N _{пилот-сигнал} -by-N _sym -by-N _t

где

_Ndata представляет количество поднесущих данных. Для получения дополнительной информации о том, как определяется _Ndata, смотрите info страница с описанием.
_Nsym представляет количество символов, определяемых Number of OFDM symbols.
_Nt представляет количество передающих антенн, определяемое Number of transmit antennas.
_Npilot представляет количество пилотных символов, определяемое первым размером размерности в Pilot subcarrier indices массиве.
_NCP представляет длину циклического префикса, определяемую Cyclic prefix length.
_NCPTotal представляет длину циклического префикса по всем символам. Когда _NCP является скаляром, _NCPTotal = _NCP × _Nsym. Когда _NCP является вектором-строкой, _NCPTotal = ∑ _NCP.
_NFFT представляет количество поднесущих, определяемое FFT length.

Типы данных: double
Поддержка комплексного числа: Да

Выход

расширить все

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

Модулированный сигнал основной полосы частот, возвращенный как 2D массив. Тип данных выхода следует за типом входных данных. Выходной сигнал имеет размерность (N _CP + N _FFT) × _{N sym} -_by-N t.

Параметры

расширить все

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

Количество точек ДПФ, заданное как положительное целое число. Длина БПФ, _NFFT, должна быть больше или равной 8 и эквивалентна количеству поднесущих.

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

Количество поднесущих, выделенных для левых и правых защитных полос, заданное как вектор с целым числом 2 на 1. Количество поднесущих должно находиться в пределах [0, ⌊ _NFFT/2 ⌋ − 1], где вы задаете левую_{, N левую G} и правую_{, N правую G}, защитные полосы независимо в векторе-столбце 2 на 1.

`Insert DC null` - Опция вставки DC null
`off` (по умолчанию) | `on`

Выберите этот параметр, чтобы вставить значение null на поднесущую постоянного тока.

`Pilot input port` - Опция для задания входного порта пилот-сигнала
`off` (по умолчанию) | `on`

Выберите этот параметр, чтобы разрешить указание входного порта пилот-сигнала.

`Pilot subcarrier indices` - Индексы поднесущей пилот-сигнала
`[12; 26; 40; 54]` (по умолчанию) | вектор-столбец

Индексы поднесущей пилот-сигнала, заданные как вектор-столбец. Это поле доступно только при установке флажка Pilot input port. Для каждого символа можно назначить индексы тем же или разным поднесущим. Точно так же индексы пилот-сигнала несущей могут различаться для нескольких передающих антенн. В зависимости от желаемого уровня управления для назначений индексов, размерности массива индексов варьируются. Действительные индексы пилота падают в области значений

$[N_{leftG} + 1, N_{FFT} / 2] \cup [N_{FFT} / 2 + 2, N_{FFT} - N_{rightG}],$

где значение индекса не может превышать количество поднесущих. Когда индексы пилот-сигнала одинаковы для каждого символа и передающей антенны, свойство имеет _Npilot-by-1 размерностей. Когда индексы пилот-сигнала варьируются между символами, свойство имеет размерности _{Npilot-by-Nsym}. Если существует только один символ, но несколько передающих антенн, свойство имеет размерности _{Npilot-by-1-by-Nt}. Если индексы варьируются по количеству символов и передающих антенн, свойство будет иметь размерности _{Npilot-by-Nsym-by-Nt}. Если количество передающих антенн больше единицы, убедитесь, что индексы на символ взаимно различны между антеннами, чтобы минимизировать интерференцию. Значение по умолчанию [12; 26; 40; 54].

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

Длина циклического префикса, заданная как положительное целое число. Если вы задаете скаляр, длина префикса одинаковая для всех символов через все антенны. Если вы задаете вектор-строку длины _Nsym, длина префикса может варьироваться между символами, но остается неизменной через все антенны.

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

Выберите этот параметр, чтобы применить окрашивание приподнятого косинуса между символами OFDM. Оконная обработка - это процесс, в котором символ OFDM умножается на приподнятое окно косинуса перед передачей, чтобы уменьшить степень внеполосных поднесущих, которая служит для уменьшения спектрального возрождения.

`Window length` - Длина приподнятого окна косинуса
1 (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Длина приподнятого окна косинуса, заданная как положительная скалярная величина. Это поле доступно только при выборе Apply raised cosine windowing between OFDM symbols. Используйте положительные целые числа, имеющие максимальное значение не больше минимальной длины циклического префикса. Для примера в строение, в которой есть четыре символа с длинами циклического префикса из [12 16 14 18]длина окна не может превышать 12.

`Number of OFDM symbols` - Количество символов OFDM
1 (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Количество символов OFDM во временной частотной сетке, заданное как положительная скалярная величина.

`Number of transmit antennas` - Количество передающих антенн
1 (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Количество передающих антенн, заданное как действительная положительная скалярная величина. Задайте количество передающих антенн _Nt как положительное целое число, такое что _Nt ≤ 64.

`Simulate using` - Тип выполняемой симуляции
`Code generation` (по умолчанию) | `Interpreted execution`

Тип выполняемой симуляции, заданный как Code generation или Interpreted execution.

Code generation - Симулируйте модель при помощи сгенерированного кода C. Первый раз, когда вы запускаете симуляцию, Simulink^® генерирует код С для блока. Код С повторно используется для последующих симуляций, если модель не меняется. Эта опция требует дополнительного времени запуска, но скорость последующих симуляций быстрее Interpreted execution.
Interpreted execution -- Моделируйте модель с помощью MATLAB^® интерпретатор. Эта опция требует меньше времени запуска, чем Code generation метод, но скорость последующих симуляций медленнее. В этом режиме можно отлаживать исходный код блока.

Примеры моделей

OFDM с пользовательскими индексами управления

Создайте пару модулятор/демодулятор ортогонального частотного деления (OFDM) и задайте их индексы пилот-сигнала. Системный объект позволяет вам задавать индексы поднесущей пилот-сигнала, сопоставимые с ограничениями, описанными в comm.OFDMModulator.info. В этом примере для передачи OFDM по каналу 3x2 для каждой из трех передающих антенн создаются индексы пилот-сигнала. Кроме того, индексы пилот-сигнала различаются между нечетными и четными символами.

OFDM с симуляцией MIMO

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

IEEE 802.16-2009 WirelessMAN-OFDMA PHY Downlink PUSC

IEEE 802.16-2009 WirelessMAN-OFDMA PHY нисходящий канал PUSC

Частичное использование нисходящей линии связи подканалов (PUSC) физического слоя от базовой станции (BS) к двум мобильным станциям (MS) согласно стандарту IEEE ® 802.16-2009 [1].

Digital Video Broadcasting - Terrestrial

Цифровое видеовещание - Наземное

Часть стандарта ETSI (Европейский институт телекоммуникационных стандартов) EN 300 744 для наземной передачи цифровых телевизионных сигналов. Стандарт предписывает проект передатчика и устанавливает минимальные требования к эффективности для приемника.

Характеристики блоков

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

Подробнее о

расширить все

Ортогональная частотная модуляция с делением частот

Операция OFDM разделяет высокоскоростной поток данных на субпотоки с более низкой скоростью передачи данных путем разложения полосы частот передачи на N смежных индивидуально модулированных поднесущих. Несколько параллельных и ортогональных поднесущих несут выборки с почти той же шириной полосы пропускания, что и широкополосный канал. При использовании узких ортогональных поднесущих сигнал OFDM усиливает робастность по частотно-селективному каналу с замираниями и устраняет соседние помехи поднесущей. Межсимвольная интерференция (ISI) уменьшается, потому что субпотоки с более низкой скоростью передачи данных имеют длительности символов, большие, чем разброс задержки канала.

Представление Частотного диапазона ортогональных поднесущих в форме волны OFDM выглядит следующим образом:

Передатчик применяет обратное быстрое преобразование Фурье (IFFT) к N символам за раз. Выход IFFT является суммой N ортогональных синусоидов:

$x (t) = \sum_{k = 0}^{N - 1} X_{k} e^{j 2 π k Δ f t}, 0 \leq t \leq T,$

где {X k} - символы данных, а T - время символа OFDM. Символы _X k данных обычно являются комплексными и могут быть из любого цифрового алфавита модуляции (например, QPSK, 16-QAM, 64-QAM).

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

$\frac{1}{T} \int_{0}^{T} {(e^{j 2 π m Δ f t})}^{*} (e^{j 2 π n Δ f t}) d t = \frac{1}{T} \int_{0}^{T} e^{j 2 π (m - n) Δ f t} d t = 0 для m \neq n .$

Модулятор OFDM состоит из последовательного преобразования в параллельное, за которым следует банк N комплексных модуляторов, индивидуально соответствующих каждой поднесущей OFDM.

Распределение поднесущих, защитные полосы и защитные интервалы

Отдельные поднесущие OFDM назначаются в качестве поднесущих данных, пилот-сигнала или ядра.

Как показано здесь, поднесущие обозначены как поднесущие данных, постоянного тока, пилот-сигнала или защитной полосы.

Поднесущие данных передают пользовательские данные.
Поднесущие пилот-сигнала используются для оценки канала.
Нулевые поднесущие не передают данные. Поднесущие без данных используются, чтобы предоставить DC null и служить буферами между ресурсными блоками OFDM.
- Ядро поднесущей постоянного тока является центром полосы частот со значением индекса (nfft/ 2 + 1), если nfft является четным, или ((nfft + 1 )/2) если nfft нечетно.
- Защитные полосы обеспечивают буферы между последовательными символами OFDM для защиты целостности переданных сигналов путем уменьшения межсимвольных помех.

Нулевые поднесущие позволяют моделировать защитные полосы и местоположения поднесущих постоянного тока для конкретных стандартов, таких как различные форматы 802,11, LTE, WiMAX или для пользовательских выделений. Можно назначить местоположение nulls, присвоив вектор индексов поднесущей null.

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

Назначение защитных интервалов аналогично присвоению защитных полос. Можно смоделировать защитные интервалы, чтобы обеспечить временное разделение между символами OFDM. Защитные интервалы помогают сохранить межсимбольную ортогональность после прохождения сигнала через дисперсионные во времени каналы. Защитные интервалы создаются с помощью циклических префиксов. Циклическая вставка префикса копирует последнюю часть символа OFDM как первую часть символа OFDM.

Пока промежуток времени дисперсии не превышает длительность циклического префикса, преимущество вставки циклического префикса сохраняется.

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

Приподнятое оконное окно косинуса

В то время как циклический префикс создает защитный период во временном интервале для сохранения ортогональности, символ OFDM редко начинается с той же амплитуды и фазы, которые проявляются в конце предыдущего символа OFDM, вызывающего спектральное возрождение и, следовательно, расширение полосы пропускания сигнала из-за интермодуляционных искажений. Чтобы ограничить этот спектральный рост, желательно создать плавный переход между последней выборкой символа и первой выборкой следующего символа. Это может быть сделано с помощью циклического суффикса и приподнятой оконной обмотки косинуса.

Чтобы создать циклический суффикс, первые N выборок _WIN данного символа добавляются к концу этого символа. Однако в порядок соответствия стандарту 802.11g, для примера, длина символа не может быть произвольно удлинена. Вместо этого циклический суффикс должен перекрываться во времени и эффективно суммируется с циклическим префиксом следующего символа. Этот перекрывающийся сегмент находится там, где применяется оконная обработка. Приложены два окна, одно из которых является математическим обратным другим. Первое приподнятое окно косинуса прикладывается к циклическому суффиксу k символов и уменьшается с 1 до 0 за свою длительность. Второе приподнятое окно косинуса прикладывается к циклическому префиксу символа k + 1 и увеличивается с 0 до 1 по его длительности. Этот процесс обеспечивает плавный переход от одного символа к следующему.

Приподнятое окно косинуса w (t) во временном интервале может быть выражено как:

$w (t) = {\begin{cases} 1, 0 \leq | t | < \frac{T - T_{W}}{2} \\ \frac{1}{2} {1 + \cos [\frac{π}{T_{W}} (| t | - \frac{T - T_{W}}{2})]}, \frac{T - T_{W}}{2} \leq | t | \leq \frac{T + T_{W}}{2} \\ 0, иначе \end{cases}$

где:

T - длительность символа OFDM, включая защитный интервал.
T W является продолжительностью окна.

Отрегулируйте длину циклического суффикса через свойство установки длины окна, с длинами суффикса, установленными между 1 и минимальной длиной циклического префикса. В то время как оконная обработка улучшает спектральное возрождение, она делает это за счет многолучевого затухания иммунитета. Это происходит потому, что избыточность в защитной полосе уменьшается, потому что значения выборки защитной полосы нарушаются сглаживанием.

Следующие рисунки показывают применение приподнятой оконной обмотки косинуса.

Ссылки

[1] Дальман, Э., С. Парквалл и Дж. Сколд. 4G LTE/LTE-Advanced для мобильного широкополосного доступа .London: Elsevier Ltd., 2011.

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

Расширенные возможности

Генерация кода C/C + +
Сгенерируйте код C и C++ с помощью Coder™ Simulink ®

См. также

Блоки

OFDM Demodulator Baseband | QPSK Modulator Baseband | Rectangular QAM Modulator Baseband

Документация

OFDM Modulator Baseband

Описание

Порты