comm.OFDMDemodulator

ofdmDemod = comm.OFDMDemodulator は、直交周波数分割復調方式を使用して入力信号を変調する OFDM 復調器 System object を作成します。

ofdmDemod = comm.OFDMDemodulator(Name=Value) は、名前と値の引数を 1 つ以上使用してプロパティを指定します。たとえば、comm.OFDMDemodulator(FFTLength=128) は、全部で 128 個のサブキャリアに対応したオブジェクトを構成します。

ofdmDemod = comm.OFDMDemodulator(odfmMod) は、指定された OFDM 変調器オブジェクトに基づいて、OFDM 復調器オブジェクトのプロパティを設定します。

プロパティ

特に指定がない限り、プロパティは "調整不可能" です。つまり、オブジェクトの呼び出し後に値を変更することはできません。オブジェクトは呼び出すとロックされ、ロックを解除するには関数 release を使用します。

プロパティが "調整可能" の場合、その値をいつでも変更できます。

プロパティ値の変更の詳細については、System object を使用した MATLAB でのシステム設計を参照してください。

`FFTLength` — FFT 点の数
`64` (既定値) | 正の整数

高速フーリエ変換 (FFT) 点の数。正の整数スカラーとして指定します。FFT の長さは、8 以上で、かつサブキャリアの数と等しくなければなりません。

`NumGuardBandCarriers` — 左右のガードバンドに割り当てられるサブキャリアの数
`[6; 5]` (既定値) | 2 行 1 列の整数ベクトル

左右のガードバンドに割り当てられるサブキャリアの数。2 行 1 列の整数ベクトルとして指定します。左右のガードバンドサブキャリアの数 [N_leftG; N_rightG] は、[0,⌊N_FFT / 2 ⌋ − 1] の範囲内でなければなりません。ここで、N_FFT は、OFDM 信号に含まれるサブキャリアの総数で、FFTLength によって指定されます。詳細については、サブキャリアの割り当て、ガードバンド、およびガードインターバルを参照してください。

`RemoveDCCarrier` — DC サブキャリアを除去するオプション
`false` または `0` (既定値) | `true` または `1`

null DC サブキャリアを除去するオプション。数値または logical を使用して、0 (false) または 1 (true) として指定します。null DC サブキャリアは、周波数帯域の中心に位置し、次のインデックス値をもちます。

N_FFT が偶数の場合、(N_FFT / 2) + 1。
N_FFT が奇数の場合、(N_FFT + 1) / 2。

N_FFT は、OFDM 信号に含まれるサブキャリアの総数で、FFTLength によって指定されます。

`PilotOutputPort` — パイロットサブキャリアを出力するオプション
`false` または `0` (既定値) | `true` または `1`

パイロットサブキャリアを出力するオプション。数値または logical を使用して、0 (false) または 1 (true) として指定します。このプロパティを設定する場合、次のようになります。

false — パイロット情報は出力データに埋め込まれたまま残ります。
true — オブジェクトは PilotCarrierIndices で指定されたパイロットサブキャリアを出力データから分離し、復調後のパイロット信号を pilot 出力変数に出力します。

`PilotCarrierIndices` — パイロットサブキャリアの位置のインデックス
`[12; 26; 40; 54]` (既定値) | 列ベクトル | 行列 | 3 次元配列

パイロットサブキャリアの位置を表すインデックス。次の範囲の整数要素値から成る列ベクトル、行列、または 3 次元配列として指定します。

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

ここで、N_FFT はサブキャリアの総数で、FFTLength によって指定されます。また、N_leftG と N_rightG は左右のガードバンドで、NumGuardBandCarriers によって指定されます。

N_Pilot 個のパイロットキャリアインデックスを、各シンボルについて同じサブキャリアに割り当てることも、N_Sym 個の異なるサブキャリアに割り当てることもできます。また、このインデックスを N_T 個の送信アンテナに割り当てることができます。

パイロットインデックスがすべてのシンボルと送信アンテナで同じ場合、プロパティの次元は N_Pilot-by-1 になります。
パイロットインデックスがシンボルによって異なる場合、プロパティの次元は N_Pilot-by-N_Sym になります。
受信信号が 1 つのシンボルと複数の送信アンテナに割り当てられている場合、プロパティの次元は N_Pilot-by-1-by-N_T になります。
インデックスがシンボルの数と送信アンテナの数で異なる場合、プロパティの次元は N_Pilot-by-N_Sym-by-N_T となります。

ヒント

複数の送信アンテナによる送信間の干渉を最小限にするため、各シンボルに割り当てるパイロットインデックスをアンテナ間で一意にしなければなりません。

依存関係

このプロパティは、PilotOutputPort を 1 に設定した場合に適用されます。

`CyclicPrefixLength` — サイクリックプレフィックスの長さ
`16` (既定値) | 正の整数 | 行ベクトル

各 OFDM シンボルのサイクリックプレフィックス長。正の整数スカラー、または NumSymbols 個の要素から成る行ベクトルとして指定します。サイクリックプレフィックス長を指定する場合、次のようになります。

スカラー — サイクリックプレフィックス長はすべてのアンテナのすべてのシンボルで同じになります。
行ベクトル — サイクリックプレフィックス長をシンボルごとに変えることができますが、アンテナごとに変えることはできません。

`OversamplingFactor` — オーバーサンプリング係数
`1` (既定値) | 正のスカラー

オーバーサンプリング係数。正のスカラーとして指定します。オーバーサンプリング係数は次の制約を満たさなければなりません。

(OversamplingFactor×FFTLength) は整数値でなければならない。
(OversamplingFactor×CyclicPrefixLength) は整数値でなければならない。

ヒント

オーバーサンプリング係数を無理数に設定する場合は、分数値を指定します。たとえば、FFT 長が 12 で、オーバーサンプリング係数が 4/3 の場合、その積は整数の 16 となります。しかし、オーバーサンプリング係数の設定時に 4/3 を 1.333 に丸めると、その積が非整数の 15.9960 になり、このコードはエラーとなります。

データ型: double

`NumSymbols` — Number of OFDM symbols
`1` (既定値) | 正の整数

時間周波数グリッド内の OFDM シンボルの数。正の整数スカラーとして指定します。

`NumReceiveAntennnas` — 受信アンテナ数
1 (既定値) | 正の整数

OFDM 変調信号の受信に使用される受信アンテナの数。64 以下の正の整数スカラーとして指定します。

使用法

構文

Y = ofdmDemod(X)

[Y,pilot] = ofdmDemod(X)

説明

Y = ofdmDemod(X) は、OFDM メソッドを使用して時間領域入力信号を復調し、OFDM 復調されたベースバンド信号を返します。

[Y,pilot] = ofdmDemod(X) は、PilotCarrierIndices プロパティ値によって指定されるサブキャリアの pilot 信号を分離します。この構文を有効にするには、PilotOutputPort プロパティを true に設定します。

入力引数

`X` — OFDM 変調されたベースバンド信号
行列

OFDM 変調されたベースバンド信号。行列 (N_CPTotal + N_FFT × N_Sym)-by-N_R として指定します。

N_CPTotal は、すべてのシンボルのサイクリックプレフィックス長を表します。
- N_CP は、CyclicPrefixLength によって決定されるサイクリックプレフィックス長を表します。
- CyclicPrefixLength がスカラーの場合、N_CPTotal = N_CP × N_Sym。
- CyclicPrefixLength が行ベクトルの場合、N_CPTotal = ∑ N_CP。
N_FFT は、FFTLength によって決定されるサブキャリアの数を表します。
N_Sym は、NumSymbols によって決定されるシンボルの数を表します。
N_R は、NumReceiveAntennnas によって決定される受信アンテナの数を表します。

次元はオブジェクト関数 info を使用して決定できます。

データ型: double | single
複素数のサポート: あり

出力引数

`Y` — 出力ベースバンド信号
行列 | 3 次元配列

出力ベースバンド信号。入力信号と同じデータ型の行列または N_Data×N_Sym×N_R の配列として返されます。N_R が 1 である場合、出力は行列に縮小します。

N_Data はデータサブキャリアの数。詳細については、オブジェクト関数 info を参照してください。
N_Sym はシンボルの数。NumSymbols によって指定される。
N_R は受信アンテナの数。NumReceiveAntennnas によって指定される。

詳細については、サブキャリアの割り当て、ガードバンド、およびガードインターバルを参照してください。

データ型: double | single
複素数のサポート: あり

`pilot` — パイロット信号
3 次元配列

パイロット信号。入力信号と同じデータ型の N_Pilot×N_Sym×N_R の配列として返されます。

N_Pilot は各シンボルのパイロットサブキャリアの数。size(PilotCarrierIndices,1) によって指定される。
N_Sym はシンボルの数。NumSymbols によって指定される。
N_R は受信アンテナの数。NumReceiveAntennnas によって指定される。

依存関係

この出力を返すには、PilotOutputPort プロパティを true に設定します。

データ型: double | single
複素数のサポート: あり

オブジェクト関数

オブジェクト関数を使用するには、System object を最初の入力引数として指定します。たとえば、obj という名前の System object のシステムリソースを解放するには、次の構文を使用します。

release(obj)

`comm.OFDMDemodulator` に固有

`info`	OFDM 復調器の次元情報を提供する
`showResourceMapping`	OFDM の変調器または復調器の System object で作成される OFDM シンボルのサブキャリアマッピングを表示する

すべての System object に共通

`step`	System object のアルゴリズムの実行
`release`	リソースを解放し、System object のプロパティ値と入力特性の変更を可能にします。
`reset`	System object の内部状態のリセット

例

すべて折りたたむ

OFDM 復調器の作成と変更

既定のプロパティを使用して OFDM 復調器 System object™ を作成します。プロパティの一部を変更します。オブジェクト関数infoを使用して、オブジェクトの構成を調べます。

ofdmDemod = comm.OFDMDemodulator

ofdmDemod = 
  comm.OFDMDemodulator with properties:

               FFTLength: 64
    NumGuardBandCarriers: [2x1 double]
         RemoveDCCarrier: false
         PilotOutputPort: false
      CyclicPrefixLength: 16
      OversamplingFactor: 1
              NumSymbols: 1
      NumReceiveAntennas: 1

info(ofdmDemod)

ans = struct with fields:
         InputSize: [80 1]
    DataOutputSize: [53 1]

サブキャリアの数、シンボルの数、および受信アンテナの数を変更します。また、パイロット出力を有効にします。

ofdmDemod.FFTLength = 128;
ofdmDemod.PilotOutputPort = 1;
ofdmDemod.NumSymbols = 2;
ofdmDemod.NumReceiveAntennas = 2;

サブキャリアの数とシンボルの数が変更されたことを確認します。オブジェクト関数infoを使用して、入力信号と出力信号の次元を再度調べます。情報構造体にパイロット出力の次元が追加されていることに注意してください。受信アンテナの数が 1 より大きいため、データとパイロット出力の次元は行列ではなく 3 次元配列になっています。

ofdmDemod

ofdmDemod = 
  comm.OFDMDemodulator with properties:

               FFTLength: 128
    NumGuardBandCarriers: [2x1 double]
         RemoveDCCarrier: false
         PilotOutputPort: true
     PilotCarrierIndices: [4x1 double]
      CyclicPrefixLength: 16
      OversamplingFactor: 1
              NumSymbols: 2
      NumReceiveAntennas: 2

info(ofdmDemod)

ans = struct with fields:
          InputSize: [288 2]
     DataOutputSize: [113 2 2]
    PilotOutputSize: [4 2 2]

OFDM 変調器からの OFDM 復調器の作成

構成済みの変調器を使用して復調器を作成することで、変調器と復調器のペアを必ず整合させることができます。

4 つの送信アンテナを指定して、OFDM 変調器を作成します。

ofdmMod = comm.OFDMModulator(NumTransmitAntennas=4);

OFDM 変調器を使用して OFDM 復調器を作成します。

ofdmDemod = comm.OFDMDemodulator(ofdmMod);

OFDM 変調器と OFDM 復調器のプロパティを表示し、適用可能なプロパティが一致するか確認します。送信アンテナの数は、受信アンテナの数とは無関係です。

ofdmMod

ofdmMod = 
  comm.OFDMModulator with properties:

               FFTLength: 64
    NumGuardBandCarriers: [2x1 double]
            InsertDCNull: false
          PilotInputPort: false
      CyclicPrefixLength: 16
               Windowing: false
      OversamplingFactor: 1
              NumSymbols: 1
     NumTransmitAntennas: 4

ofdmDemod

ofdmDemod = 
  comm.OFDMDemodulator with properties:

               FFTLength: 64
    NumGuardBandCarriers: [2x1 double]
         RemoveDCCarrier: false
         PilotOutputPort: false
      CyclicPrefixLength: 16
      OversamplingFactor: 1
              NumSymbols: 1
      NumReceiveAntennas: 1

時間周波数リソース割り当ての可視化

オブジェクト関数showResourceMappingは、送信アンテナごとの時間周波数リソースマッピングを表示します。

OFDM 復調器を作成します。

demod = comm.OFDMDemodulator;

オブジェクト関数 showResourceMapping を使用して OFDM サブキャリアマッピングを表示します。

showResourceMapping(demod)

Figure OFDM Subcarrier Mapping for All Tx Antennas contains an axes object. The axes object with title OFDM Subcarrier Mapping for All Tx Antennas, xlabel OFDM Symbols, ylabel Subcarrier Indices contains an object of type image.

DC サブキャリアを取り除きます。

demod.RemoveDCCarrier = true;

DC サブキャリアを取り除いた後のリソースマッピングを表示します。

showResourceMapping(demod)

OFDM データの復調

DC null が挿入され、保護帯域のサブキャリアが 7 つ、パイロットインデックスが異なるシンボルが 2 つある OFDM 変調器を作成します。

ofdmMod = comm.OFDMModulator( ...
    NumGuardBandCarriers=[4; 3], ...
    PilotInputPort=true, ...
    PilotCarrierIndices=cat(2,[12; 26; 40; 54],[11; 27; 39; 55]), ...
    NumSymbols=2, ...
    InsertDCNull=true);

入力データ、パイロットおよび出力データの次元を決定します。

modDim = info(ofdmMod)

modDim = struct with fields:
     DataInputSize: [52 2]
    PilotInputSize: [4 2]
        OutputSize: [160 1]

OFDM 変調器のランダムデータシンボルを生成します。構造体変数 modDim を使用してデータシンボルの数を決定します。

dataIn = complex( ...
    randn(modDim.DataInputSize),randn(modDim.DataInputSize));

正しい次元をもつパイロット信号を作成します。

pilotIn = complex( ...
    rand(modDim.PilotInputSize),rand(modDim.PilotInputSize));

OFDM 変調をデータ信号とパイロット信号に適用します。

modSig = ofdmMod(dataIn,pilotIn);

OFDM 変調器オブジェクトを使用して、対応する OFDM 復調器を作成します。

ofdmDemod = comm.OFDMDemodulator(ofdmMod);

OFDM 信号を復調し、データ信号とパイロット信号を出力します。

[dataOut,pilotOut] = ofdmDemod(modSig);

入力データシンボルおよび入力パイロットシンボルが出力データシンボルおよび出力パイロットシンボルと一致することを確認します。

isSame = (max(abs([dataIn(:) - dataOut(:); ...
    pilotIn(:) - pilotOut(:)])) < 1e-10)

isSame = logical
   1

SISO チャネルを通した OFDM 信号のオーバーサンプリングとフィルター処理

4 倍のサンプルレートで生成されたデータおよびパイロットの入出力の OFDM 変調信号を、単入力単出力 (SISO) チャネルを通してフィルター処理します。チャネルでフィルター処理した信号を復調し、元の信号と比較します。

3 つのシンボルをもち、シンボルごとに異なるパイロットサブキャリアインデックスとサイクリックプレフィックス長が設定された OFDM 復調器オブジェクトを作成します。

ofdmDemod = comm.OFDMDemodulator( ...
    NumGuardBandCarriers=[9;8], ...
    RemoveDCCarrier=true, ...
    PilotOutputPort=true, ...
    PilotCarrierIndices=[[12;26;40;54],[14;28;38;52],[12;26;40;54]], ...
    CyclicPrefixLength=[16 32 16], ...
    OversamplingFactor=4, ...
    NumSymbols=3);

OFDM 変調器 System object を OFDM 復調器オブジェクト ofdmDemod から作成します。

ofdmMod = comm.OFDMModulator(ofdmDemod);

オブジェクト関数showResourceMappingを使用して、データ、パイロット、ガードバンド、および null 信号について構成されたサブキャリアリソースのマッピングを表示します。オブジェクト関数infoを使用して、入力と出力の次元情報を取得します。

showResourceMapping(ofdmDemod);

modDim = info(ofdmMod);

ランダムデータとパイロットの入力を作成し、QAM 変調を適用します。

M = 16;
xd  = randi([0 M-1],modDim.DataInputSize);
dataIn = qammod(xd,M,UnitAveragePower=true);
xp = randi([0 M-1],modDim.PilotInputSize);
pilotIn = qammod(xp,M,UnitAveragePower=true);

データとパイロットの QAM 信号に対し、OFDM 変調を適用します。AWGN チャネルを通して信号をフィルター処理します。データとパイロットのシンボルを復元するため、OFDM 復調を適用してから QAM 復調を適用します。

modOut = ofdmMod(dataIn,pilotIn);
chanOut = awgn(modOut,20,"measured");
[dataOut, pilotOut] = ofdmDemod(chanOut);
yd = qamdemod(dataOut,M,UnitAveragePower=true);
yp = qamdemod(pilotOut,M,UnitAveragePower=true);

この処理によってデータとパイロットが変わっていないことを確認します。

dataSame = isequal(xd,yd)

dataSame = logical
   1

pilotSame = isequal(xp,yp)

pilotSame = logical
   1

アルゴリズム

OFDM 復調

直交周波数分割多重 (OFDM) メソッドは、N 個の並列データストリームを提供する FFT 演算を使用して、OFDM 入力信号を復調します。

次の図は、N 個の一連の相関器から構成されている OFDM 復調器を示しています。この復調器では、各 OFDM サブキャリアに 1 つの相関器が割り当てられています。一連の相関器の後に、パラレルからシリアルへの変換が行われます。

サブキャリアの割り当て、ガードバンド、およびガードインターバル

個々の OFDM サブキャリアは、データ、パイロット、または null サブキャリアとして割り当てられます。

以下に示すように、サブキャリアは、データサブキャリア、DC サブキャリア、パイロットサブキャリア、またはガードバンドサブキャリアとして指定されています。

データサブキャリアは、ユーザーデータを送信します。
パイロットサブキャリアは、チャネル推定に使用されます。
null サブキャリアは、データを送信しません。データをもたないサブキャリアは、DC null を提供し、OFDM リソースブロック間のバッファーとして機能します。
- null DC サブキャリアは、周波数帯域の中心であり、nfft が偶数の場合は (nfft/2 + 1)、nfft が奇数の場合は ((nfft + 1) / 2) のインデックス値をもちます。
- ガードバンドでは、隣り合う帯域内の隣接する信号間にバッファーを提供することで、スペクトル漏れによって発生する干渉を低減します。

null サブキャリアでは、さまざまな 802.11 形式や LTE、WiMAX などの特定の規格またはカスタム割り当ての保護帯域と DC サブキャリアの位置をモデル化できます。null サブキャリアインデックスのベクトルを割り当てることで、null の位置を割り当てることができます。

ガードインターバルは、ガードバンドと同様に、符号間干渉を低減して OFDM 送信信号の整合性を確保します。

保護間隔の割り当ては、保護帯域の割り当てに似ています。保護間隔をモデル化して、OFDM シンボル間に時間的な区切りを設けることができます。保護間隔は、時間分散チャネルを介して信号を渡した後にシンボル間の直交性を保持するうえで役立ちます。ガードインターバルを作成するには、サイクリックプレフィックスを使用します。サイクリックプレフィックスの挿入では、OFDM シンボルの最後部が次の OFDM シンボルの最前部としてコピーされます。

サイクリックプレフィックスの挿入が OFDM に与える効果は、時間分散のスパンがサイクリックプレフィックスの期間を超えない限り有効です。

サイクリックプレフィックスはデータ送信に使用される可能性のある帯域幅を占めるため、サイクリックプレフィックスの挿入によりユーザーデータのスループットがわずかに低下します。

参照

[1] Dahlman, E., S. Parkvall, and J. Skold. 4G LTE/LTE-Advanced for Mobile Broadband.London: Elsevier Ltd., 2011.

[2] Andrews, J. G., A. Ghosh, and R. Muhamed, Fundamentals of WiMAX, Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall, 2007.

[3] IEEE Standard 802.16-2017. "Part 16: Air Interface for Broadband Wireless Access Systems." March 2018.

拡張機能

C/C++ コード生成
MATLAB® Coder™ を使用して C および C++ コードを生成します。

使用上の注意および制限:

MATLAB コード生成における System object (MATLAB Coder)を参照してください。

バージョン履歴

R2014a で導入