基于Simulink的窄带OFDM系统设计与仿真

基于Simulink的窄带OFDM系统设计与仿真

作者：陶玉柱,胡建旺,崔佩璋

来源：《现代电子技术》2010年第13期

摘要:为有效提高短波通信系统的数据传输速率,可采用正交频分复用(OFDM)技术。OFDM是一种特殊的多载波数字调制方案,各子载波之间的正交性使得频谱可重叠从而提高了频带的利用率,同时能有效对抗频率选择性衰落或窄带干扰。采用Simulink建模对窄带OFDM 系统进行设计并仿真,仿真结果表明,在3 kHz的带宽内,短波通信系统的数据传输速率能够达到12 800 b/s,而且具有良好的误码性能。

关键词:窄带OFDM; Simulink; 短波通信; 多载波调制

中图分类号:TN91 文献标识码:A

文章编号:1004-373X(2010)13-0014-03

Narrow-band OFDM System Design and Simulation Based on Simulink

TAO Yu-zhu,HU Jian-wang,CUI Pei-zhang

(Department of Optics and Electronic Engineering, Ordnance Engineering College, Shijiazhuang 050003, China)

Abstract: The OFDM technology can be used to improve the data transmission rate of shortwave communication systems efficiently. OFDM is a special multi-carrier digital modulation scheme, in which the frequency spectra can be overlapped by the orthogonality among all the subcarriers, therefore, the availability of frequency band can be improved and the declination of the frequency selectivity or the interference from the narrow band can be withstanded. The narrow-band OFDM system was designed and simulated with the modeling by Simulink. The simulated results indicate that within 3 kHz bandwidth the data transport rate of the shortwave communication system can be increased to 12 800 bps.

Keywords: narrow-band OFDM; Simulink; shortwave communication; MCM

0 引言

随着现代战争信息化程度的进一步提高,战场作战形式也有了很大的变化。如何更加有效、实时地传输各种战场信息,已经成为能否赢得信息化条件下高技术战争的关键因素。短波通信作为目前远距离通信的主要手段之一,在通信的顽存性、机动性和灵活性等方面,具有无可

比拟的优势。因此,短波通信已经成为军事部门远距离通信和指挥的重要工具。但是短波信道存在严重的多径衰落现象,带宽也相对较窄,采用传统的调制解调体制,频带得不到有效利用,从而限制了数据传输速率的提高。

OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,正交频分复用技术)是一种特殊的多载波传输技术,它的各子载波之间保持相互正交,子信道的频谱互相重叠,可以最大限度地利用频谱资源。同时它把高速数据通过串并转换,使得每个子载波上的数据符号持续长度相对增加,降低了子信道的信息速率,将频率选择性衰落信道转换为平衰落信道,从而具有良好的抗噪声、抗多径干扰的能力,适于在频率选择性衰落信道中进行高速数据传输[1]。因此有效地解决了短波通信中存在的问题,应用前景十分广泛。

1 OFDM的基本原理[2-3]

OFDM是多载波调制(MCM)技术的一种。MCM的基本思想是把数据流串并变换为N路速率较低的子数据流,用它们分别调制N路的子载波后再并行传输。因子数据流的速率是原来的1/N,即符号周期扩大为原来的N倍,远大于信道的最大延迟扩展,这样MCM就把一个宽带频率选择性的信道划分为了N个窄带平坦衰落信道,从而具有较强的抗多径衰落和抗脉冲干扰的能力,特别适合于高速无线数据的传输。OFDM是一种子载波相互混叠的MCM,因此它除了具有上述MCM的优势外,还具有更高的频谱利用率。OFDM选择时域相互正交的子载波,它们虽然在频域相互正交混叠,却仍能在接收端被分离出来。OFDM的系统框图如图1所示。

OFDM符号可以表示为:

s(t)=∑N--s)] ,

式中表示子载波的个数;T表示OFDM符号的持续时间是分配给每个子信道的数据符号是第i个子载波的载波频率;t≤T/2是矩形函数。若此时令对信号s(t)以T/N 的速率进行抽样则得到式

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图1 OFDM系统框图