作者丨鼎陽科技 尤嘉
本文介紹Siglent SigIQPro波形制作軟件的用戶自定義OFDM調(diào)制信號的生成功能,同時(shí)講解OFDM系統(tǒng)的常見幀結(jié)構(gòu)和子載波、導(dǎo)頻、同步和數(shù)據(jù)部分等概念。
概述
OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing),即正交頻分復(fù)用技術(shù),本質(zhì)上屬于多載波調(diào)制(Multi-Carrier Modulation,MCM)的一種形式。其核心原理在于:首先將信道分割成多個正交子信道,隨后將高速數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換為并行的低速子數(shù)據(jù)流,每個子數(shù)據(jù)流分別調(diào)制到對應(yīng)的子載波上進(jìn)行傳輸。
由于每個子載波上的信號帶寬小于信道的相關(guān)帶寬,因此信號在每個子載波上的傳輸可以視為經(jīng)歷平坦性衰落,這有助于消除符號間的干擾。此外,鑒于每個子載波的帶寬僅僅是原始信道帶寬的一小部分,信道的均衡處理也相應(yīng)變得更為容易。
OFDM技術(shù)以其卓越的頻譜效率著稱,這得益于快速傅里葉變換(FFT)處理使得各子載波能夠部分重疊,從而在理論上接近奈奎斯特(Nyquist)極限。
OFDM技術(shù)
當(dāng)前,OFDM技術(shù)普遍采用逆快速傅里葉變換(IFFT)方法實(shí)現(xiàn),這不僅增強(qiáng)了帶寬的擴(kuò)展性,還使得在已高度擁擠的頻譜環(huán)境中能靈活配置和使用帶寬。每個OFDM子載波內(nèi)的信道可看作水平衰落信道,多天線(MIMO)系統(tǒng)帶來的額外復(fù)雜度可以控制在較低的水平(隨天線數(shù)量呈線性增加)。
根據(jù)上述種種優(yōu)勢, OFDM技術(shù)現(xiàn)在被廣泛的應(yīng)用于各種寬帶通信系統(tǒng),如非對稱的數(shù)字用戶環(huán)路(ADSL)、數(shù)字音頻廣播(DAB)、數(shù)字電視(DVB)、高清晰度電視(HDTV)、無線局域網(wǎng)(WLAN),以及最新的第4代移動通信LTE中。
由于OFDM系統(tǒng)的靈活性, 每一個的標(biāo)準(zhǔn)有各自不同的物理層參數(shù),例如NFFT、符號長度(子載波間隔)、CP(循環(huán)前綴)長度、導(dǎo)頻(或者叫做參考信號)的插入方式、 是否有Preamble等。
盡管針對諸如WLAN、DVB、LTE等標(biāo)準(zhǔn)信號已有成熟的商用信號生成軟件,但對于非標(biāo)準(zhǔn)OFDM信號,如用戶自定義標(biāo)準(zhǔn)或前沿研發(fā)的新標(biāo)準(zhǔn),特別是在專網(wǎng)系統(tǒng)、科研等領(lǐng)域的應(yīng)用,用戶可以利用Matlab等數(shù)學(xué)工具生成IQ數(shù)據(jù),并將其導(dǎo)入信號源進(jìn)行播放。
Siglent SigIQPro等商用軟件提供了Custom OFDM模塊,以圖形化和模塊化的方式,使用戶能夠定義OFDM幀結(jié)構(gòu),生成并下載到Siglent的矢量信號源中。SigIQPro的Custom OFDM模塊集成了常見的OFDM資源類型,如Preamble、Pilot、Data等,并內(nèi)置了多種數(shù)據(jù)調(diào)制方式。對于特殊信號,如Zadoff-Chu序列,用戶還可以直接導(dǎo)入每個子載波的IQ值,從而滿足多樣化的應(yīng)用需求。
配置
描述OFDM系統(tǒng)時(shí)涉及許多參數(shù),其中一些基本參數(shù)如傅里葉變換次數(shù)(NFFT)、采樣速率、載波頻率和CP長度。然而,最復(fù)雜的部分是定義各個子載波和每個符號單元(Rl,k)的調(diào)制方式、功能類型(如數(shù)據(jù)或?qū)ьl)以及增益/相對功率。
配置過程及菜單詳解
我們使用Siglent的SigIQPro軟件。SigIQPro采用結(jié)構(gòu)化的方式定義幀結(jié)構(gòu)。
打開軟件之后,在主界面點(diǎn)擊Custom OFDM,即可進(jìn)入自定義OFDM界面。
“Waveform Setup”界面
可以設(shè)置基本參數(shù):過采樣速率,幀個數(shù),是否削峰(Crest Factor Reduction),是否需要開啟多載波,是否需要鏡像頻譜(即IQ交換,又稱頻譜翻轉(zhuǎn)),其他參數(shù)根據(jù)本頁和下面的參數(shù)自動計(jì)算。
Custom OFDM基本參數(shù)
Idel Interval:在尾部增加空白時(shí)間,即IQ值為0,主要用于類似WLAN場景中,相鄰2個幀(重復(fù)播放時(shí)的相鄰2幀)之間的空白。