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(gè)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(gè)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(gè)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(gè)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(gè)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(gè)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(gè)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(gè)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(gè)子載波和每個(gè)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(gè)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(gè)幀（重復(fù)播放時(shí)的相鄰2幀）之間的空白。