移动通信原理第十章 ofdm技术
OFDM原理及实现
2023-11-09•OFDM原理•OFDM实现的关键技术•OFDM系统设计目录•OFDM系统性能评估•OFDM系统应用01 OFDM原理OFDM（正交频分复用）是一种无线通信传输技术，其主要思想是将高速数据流分割为多个低速子数据流，并在多个正交子载波上并行传输。
OFDM技术可以有效抵抗多径效应和频率选择性衰落，提高频谱利用率，实现高速数据传输。
OFDM基本概念OFDM系统主要由调制器、IFFT/FFT变换器和并/串转换器等组成。
调制器负责将输入的数据符号调制到各个子载波上，IFFT/FFT变换器则进行时域/频域变换，实现子载波的并行传输，最后通过并/串转换器将数据符号转换为串行信号进行传输。
OFDM系统组成OFDM信号调制主要采用QAM（Quadrature Amplitude Modulation）等调制方式，将输入的数据符号调制到各个子载波上。
QAM是一种同时对幅度和相位进行调制的调制方式，其调制符号由幅度和相位共同表示。
OFDM信号解调需要经过串/并转换、FFT/IFFT变换、解调等步骤。
串/并转换器将接收到的串行信号转换为并行信号，然后通过FFT/IFFT变换器进行频域/时域变换，得到各个子载波上的数据符号。
最后，解调器对数据符号进行解调，恢复出原始的数据。
02 OFDM实现的关键技术IFFT和FFT算法快速傅里叶变换（FFT）算法FFT是一种高效计算离散傅里叶变换（DFT）及其逆变换的算法，用于将信号从时域转换到频域，以及从频域转换到时域。
在OFDM系统中，FFT用于接收端解调数据，而IFFT则用于发射端调制数据。
逆快速傅里叶变换（IFFT）算法IFFT是FFT的逆运算，用于将信号从频域转换到时域。
在OFDM系统中，IFFT用于将调制后的数据转换为时域信号进行发射。
为了消除多径效应和符号间干扰（ISI），OFDM系统在每个符号之间插入了一段保护间隔。
保护间隔通常为一段循环前缀，其长度与符号长度相同。
ofdm调制的基本原理及特点
ofdm调制的基本原理及特点OFDM调制的基本原理及特点OFDM调制的基本原理•OFDM是正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）的缩写，其基本原理是将高速数据流分成多个较低速的子流，并将每个子流分配到不重叠的频率带上进行传输。
•OFDM采用了多个正交的子载波进行数据传输，利用正交性降低了子载波单位之间的干扰，提高了数据传输的可靠性和抗干扰性能。
•OFDM通过将高速数据流分成多个较低速的子流进行并行传输，提高了整体的传输速率。
OFDM调制的特点1.高效的频谱利用：OFDM将频谱划分成多个较窄的子载波，每个子载波的传输速率较低，但减少了子载波之间的干扰，从而使整体的频谱利用率更高。
2.抗多径干扰能力强：由于OFDM技术采用多个正交的子载波进行数据传输，能够有效抵抗多径传播引起的码间干扰，提高了信号的传输质量。
3.抗频选择性衰落能力强：OFDM可以通过改变子载波的功率分配，从而抵消频率选择性衰落引起的信号失真，提高信号的可靠性。
4.低复杂度的信号处理：OFDM采用快速傅里叶变换（FFT）技术进行调制和解调，简化了信号处理的复杂度，降低了硬件的要求。
5.高容量传输：由于采用了多子载波传输，OFDM能够支持更多用户同时进行数据传输，提高了系统的容量。
6.适应多种信道环境：OFDM适应性强，可以根据具体的信道环境动态调整子载波数量和功率分配，提升了系统的适应性和灵活性。
以上是OFDM调制的基本原理及特点的简要介绍。
OFDM技术的广泛应用使得无线通信更加高效、稳定和可靠。
当然，接下来我们将继续介绍OFDM调制的更多特点：7.支持高速数据传输：由于将高速数据流分成多个较低速的子流进行并行传输，并且利用多个子载波传输，OFDM能够支持更高的传输速率。
8.抗干扰性强：OFDM采用多个正交的子载波进行数据传输，同时利用循环前缀技术来消除传输时延引起的码间干扰，具备较强的抗干扰性能。
OFDM基本原理(详细全面)
峰均比降低技术
峰均比定义
峰均比（PAPR）是指OFDM信号的最大振 幅与平均振幅之比。高PAPR会导致信号的 功率放大器出现失真，从而引起频谱扩展 和带内干扰。因此，降低PAPR对于提高 OFDM系统的性能至关重要。
VS
峰均比降低技术
为了降低PAPR，可以采用多种技术，如限 幅滤波、编码、概率密度函数变换等。其 中，限幅滤波是一种简单有效的方法，它 通过限制信号的最大振幅来降低PAPR。然 而，限幅滤波会引入带外干扰和带内失真， 因此在实际应用中需要权衡各种因素。
物联网与智能家居
OFDM技术有望在物联网和智能家居领域得到广泛应用，支持各种 低功耗、低速率的无线通信需求。
频谱共享与认知无线电
通过频谱共享和认知无线电技术，OFDM系统可以更好地利用频谱 资源，提高频谱利用率和系统容量。
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04 OFDM系统性能分析
频域均衡性能分析
频域均衡原理
频域均衡通过在频域上对信号进行预处理，补偿信道对信号 造成的畸变，从而减小信号的误码率。
频域均衡性能影响因素
频域均衡的性能受到信道特性、均衡器设计参数以及信号质 量等因素的影响。
误码率性能分析
误码率定义
误码率是衡量数据传输系统性能的重 要指标，表示接收端错误解码的比特 数与总比特数的比值。
多径干扰抑制
多径干扰
在无线通信中，多径效应会导致信号的传播路径变长，从而引起信号的延迟和衰减。这种延迟和衰减 会导致OFDM子载波之间的正交性被破坏，从而引起多径干扰。为了抑制多径干扰，可以采用频域均 衡技术，对接收到的信号进行滤波处理，以减小多径效应的影响。
信道估计与均衡
信道估计技术用于获取信道的冲激响应，而频域均衡技术则通过调整接收信号的权重，使得信道的畸 变最小化。在实际应用中，通常会采用基于导频的信道估计方法，并在频域中进行均衡处理。
OFDM原理介绍
OFDM原理介绍OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）是一种多载波调制技术，其原理是将数据流分为多个低速子信道，并将这些子信道通过正交子载波进行并行传输，从而提高了信道利用率和抗多路径干扰能力。
传统的单载波调制技术（SC-FDM）将整个带宽分为一个个窄带子信道进行传输，这样可以减小多路径干扰的影响，但是在高速传输时会产生频谱效率低、复杂度高的问题。
OFDM通过将一个宽频带信号分割为多个窄频带信号进行传输，实现了高频谱利用率和高传输速率。
OFDM系统的原理如下：1.带宽划分：将整个带宽划分为多个子信道，每个子信道的带宽相对较窄。
每个子信道的带宽可以根据传输条件和需求来调整。
2.IFFT转换：在发送端，将每个子信道的调制符号通过傅里叶反变换（IFFT）转换为时域信号。
IFFT将频域信号转换为时域信号，使得各个子载波之间形成正交关系。
3.并行传输：经过IFFT转换后的信号进行并行传输，即将各个子载波的时域信号叠加起来，形成OFDM符号。
4. 加入保护间隔：由于时域信号叠加可能导致符号之间的重叠，为了避免相邻符号之间的干扰，OFDM系统在每个OFDM符号之间添加了保护间隔（guard interval）。
保护间隔是一段无信号的时间或频率间隔，用于消除多径效应引起的符号间干扰。
5.加入循环前缀：在OFDM符号的开头加入一段与OFDM符号末尾相同的循环前缀，循环前缀可以在接收端用来消除多径效应引起的符号间干扰。
6.接收端处理：接收端先去除保护间隔，然后进行傅里叶变换（FFT）将时域信号转换为频域信号，在频域信号中提取出各个子信道的调制符号。
OFDM技术具有以下几个优点：1.抗多路径干扰：OFDM通过循环前缀和保护间隔的设计，可以有效抵消多径传输引起的符号间干扰，提高系统的抗多路径干扰能力。
2.高频谱利用率：OFDM将频谱划分为多个子信道进行传输，可以更有效地利用带宽资源，提高频谱利用率。
OFDM移动通信技术原理与应用分析
标准技术/ S t a n d a r d T e c h n o l o g yOFDM移动通信技术原理与应用分析李海洋(召13阳学院，湖南邵阳422000)摘要：科学技术的不断发展促进了现代移动通信技术的不断发展，相比于传统的移动通信方式而言，现代意 义上的通信系统得到了很大程度的改变，其中，O F D M在无线通信网络之中就具有良好的引领作用，近年来 更是受到了国家和社会的高度关注。
O F D M技术是一种正交复用对数据进行高效传输的技术，在现代化发展 的21世纪背景之下，O F D M移动通信技术的应用范围逐步拓宽，对外来数据信息的抗干扰性也较强。
本文主 要对O F D M移动通信技术的原理进行系统剖析，在深入了解原理的基础之上，对O F D M技术的应用做了系 统的概述，以此帮助研究学者和相关工作者更好地把控O F D M底动通信技术的优势及不足，从而更好地推动 技术的发展。
关键词：O T O M技术；原理内容；应用剖析经济社会的不断发展促进了科学技术的不断进 步，在当今新世纪，我国的移动通信技术已经发展到 了一定的高度，特别是O FD M技术为我们的生活带 来了很大的便利，为人类服务的范围更加的广泛，从 某种层次上说，人类社会的生产生活都与O FDM通 信技术之间有着密切的联系。
伴随着O FDM技术的 不断发展和范围的不断拓展，移动通信技术的更新和 发展指日可待。
本文通过对O FD M技术的原理做剖 析，旨在为更好地促进OFDM技术的应用奠定基础。
移动通信技术在人们的生活和工作领域之中的作用非 常凸显，随着人民群众认知程度的不断提高，其对无 线技术的了解程度也提高了。
O FDM技术在发送、接 收信息以及设备的远程控制和操作上，操作频率不断 增加，使用次数不断增加。
可以说，O FDM技术在移 动通讯领域得到了普遍认同，因为O FDM技术是将 信息技术和网络技术有效结合的载体，让移动网络的 作用发挥更大。
OFDM技术原理及关键技术介绍
OFDM 技术原理及关键技术介绍一、原理介绍1、OFDM 的基本原理介绍在数字通信系统中，我们通常采用的通信系统是单载波传输系统模型，如图1所示。
tjw 0t jw 0图1. 单载波传输示意图图中g(t)是匹配滤波器(对于给定的码元波形，使得输出信噪比最大的线性滤波器)，这种系统在传输速率不是很高的情况下，因时延产生的码间干扰不是特别严重，可以通过均衡技术消除这种干扰。
所谓码间干扰（intersymbol interference ，ISI ）就是当一个码元的时延信号产生的拖尾延伸到相邻码元时间中去的时候，会影响信号的正确接收，造成系统误码性能的降低，这类干扰就是码间干扰。
而当数据传输速率较高的时候，若想要消除ISI ，对均衡的要求更高，需要引入更复杂的均衡算法。
随着OFDM 技术的兴起与发展，考虑到可以使用OFDM 技术来进行高速数据传输，它可以很好地对抗信道的频率选择性衰落，减少甚至消除码间干扰的影响。
OFDM 的全称是正交频分复用，是一项多载波传输技术，可以被看作是调制技术，也可以当作是一种复用技术。
其基本原理是把传输的数据流串并变换后分解为若干个并行的子数据流（也可以看作将一个信道划分为若干个并行的相互正交的子信道），这样每个子数据流的速率比串行过来的数据流低得多（速率变为多少取决于变换为多少路并行数据流），这样的话每个子信道上的码元周期变长，每个子信道上便是平坦衰落，然后用每个子信道上的低速率数据去调制相应的子载波，从而构成多个低速率码元合成的数据发送的传输系统，其基本原理图如图2。
图2. OFDM 系统调制解调原理框图在单载波系统中，一次衰落或者干扰就可以导致整个链路性能恶化甚至失效，但是在多载波系统中，某一时刻只会有少部分子信道受到衰落的影响，而不会使整个通信链路性能失效。
在衰落信道中，根据多径信号最大时延m T 和码元时间s T 的关系，可以把性能降级分为两种类型：频率选择性衰落和平坦衰落。
ofdm技术及其应用教案
ofdm技术及其应用教案一、教学内容本节课选自《通信原理与技术》的第十章，具体内容为OFDM技术的基本原理及其应用。
详细内容包括：OFDM技术的背景、发展历程、基本原理、调制与解调过程、关键技术及其在无线通信领域的应用。
二、教学目标1. 理解OFDM技术的基本原理，掌握其调制与解调过程。
2. 了解OFDM技术在我国无线通信领域的发展状况，认识到其应用的重要性。
3. 学会分析OFDM系统的性能，并掌握改善系统性能的方法。
三、教学难点与重点教学难点：OFDM技术的调制与解调过程、系统性能分析。
教学重点：OFDM技术的基本原理、应用场景及关键技术。
四、教具与学具准备1. 教具：多媒体教学设备、PPT课件、黑板、粉笔。
五、教学过程1. 导入：通过介绍多径衰落对无线通信信号的影响，引出OFDM 技术的背景和优势。
2. 知识讲解：1) OFDM技术的发展历程。
2) OFDM技术的基本原理。
3) OFDM技术的调制与解调过程。
4) OFDM技术的关键技术。
5) OFDM技术在无线通信领域的应用。
3. 实践情景引入：以4G/5G通信技术为例，分析OFDM技术的实际应用。
4. 例题讲解：讲解一个典型的OFDM系统设计实例，让学生了解系统设计过程。
5. 随堂练习：让学生设计一个简单的OFDM系统，巩固所学知识。
六、板书设计1. OFDM技术背景与发展历程。
2. OFDM技术基本原理与关键技术。
3. OFDM系统调制与解调过程。
4. OFDM技术在无线通信领域的应用。
七、作业设计1. 作业题目：分析一个实际的OFDM通信系统，计算其系统性能。
八、课后反思及拓展延伸1. 反思：本节课教学过程中，注意引导学生关注OFDM技术的实际应用，提高学生的实践能力。
2. 拓展延伸：鼓励学生了解OFDM技术的前沿研究，如大规模MIMO技术、波形设计等，培养学生的创新意识。
重点和难点解析1. OFDM技术的基本原理与调制解调过程。
2. OFDM技术的关键技术及其在系统性能改善中的应用。
OFDM的原理与应用
OFDM的原理与应用OFDM（正交频分复用）是一种基于频域传输的调制技术，其原理是将高速数据流分为多个低速子载波，然后将这些子载波正交分割，相互之间不会产生干扰。
OFDM技术具有分频复用、抗多径干扰、高频谱利用率等优点，被广泛应用于无线通信、数字电视、宽带接入等领域。
OFDM的原理主要包括子载波分割、调制和FFT（快速傅里叶变换）三个步骤。
首先，将高速数据流分为多个不同频率的子载波，以降低每个子载波的传输速率。
然后，对这些子载波进行调制，将数据编码为正弦或余弦波形。
最后，使用FFT将调制后的子载波合并为一个频域信号，并通过信道进行传输。
OFDM技术具有以下几个重要应用：1.无线通信：OFDM广泛应用于无线通信领域，如Wi-Fi（无线局域网）、LTE（长期演进）等。
由于OFDM技术对多径干扰具有较强的抵抗能力，能够有效提高系统的容量和覆盖范围。
2.数字电视：OFDM被用于数字电视领域，如DVB-T（数字视频广播-地面传输）和DVB-T2等系统。
通过将数字电视信号分成多个子载波，OFDM技术能够有效抵抗多径干扰和频率选择性衰落，提高信号质量和传输效率。
3.宽带接入：OFDM也被用于宽带接入技术，如ADSL（非对称数字用户线路）和VDSL（对称数字用户线路）。
OFDM技术可以利用传输线路的频域衰减特性，提高传输速率和抗干扰能力，实现高速宽带接入。
4.光纤通信：OFDM技术也可以应用于光纤通信系统中，如CO-OFDM （相干光正交频分复用）系统。
通过将光信号分割为多个子载波，CO-OFDM可以提高光纤通信系统的容量和传输距离。
总结起来，OFDM技术的优点在于其对频域干扰和多径干扰有较强的抵抗能力，能够提高系统的性能和可靠性。
随着无线通信和数字传输技术的不断发展，OFDM技术将继续在各个领域发挥重要作用。
OFDM的基本原理及关键技术
OFDM的基本原理及关键技术OFDM的基本原理及关键技术 1 OFDM的基本原理2 OFDM的模型结构和各部分原理2.1 OFDM结构框图2.2 星座映射2.3 串并转换以及FFT2.4 插入保护间隔2.5 OFDM的解调OFDM即正交频分复用技术，实际上 OFDM是 MCM(Multi-CarrierModulation)，多载波调制的一种。
其主要思想是:将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到在每个子信道上进行传输。
正交信号可以通过在接收端采用相关技术来分开，这样可以减少子信道之间的相互干扰 ICI 。
每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此每个子信道上的可以看成平坦性衰落，从而可以消除符号间干扰。
而且由于每个子信道的带宽仅仅是原信道带宽的一小部分，信道均衡变得相对容易。
在向B3G/4G演进的过程中，OFDM是关键的技术之一，可以结合分集，时空编码，干扰和信道间干扰抑制以及智能天线技术，最大限度的提高了系统性能。
1 OFDM的基本原理OFDM技术的推出其实是为了提高载波的频谱利用率，或者是为了改进对多载波的调制，它的特点是各子载波相互正交，使扩频调制后的频谱可以相互重叠，从而减小了子载波间的相互干扰。
在对每个载波完成调制以后，为了增加数据的吞吐量、提高数据传输的速度，它又采用了一种叫作HomePlug的处理技术，来对所有将要被发送数据信号位的载波进行合并处理，把众多的单个信号合并成一个独立的传输信号进行发送。
另外OFDM之所以备受关注，其中一条重要的原因是它可以利用离散傅立叶反变换/离散傅立叶变换(IDFT/DFT)代替多载波调制和解调。
OFDM的基本原理是将高速信息数据编码后分配到并行的N个相互正交的载波上，每个载波上的调制速率很低(1/N)，调制符号的持续间隔远大于信道的时间扩散，从而能够在具有较大失真和突发性脉冲干扰环境下对传输的数字信号提供有效地保护。
OFDM技术 原理
实际运用中，常采用IFFT/FFT代替IDFT/DFT进行调制，可 以显著降低运算复杂度。对于N非常大的OFDM，可进一步 用基-4IFFT算法来实施傅里叶变换。
• W1=60*250kHz=15MHz (<18MHz)
– QPSK with R=3/4 CC: n*2*R=120, n=80 – W2=80*250kHz=20MHz (>18MHz)
Signal Bandwidth
• Data bits in each OFDM symbol: 25Mbit / s 100bit
GI, Why?
• With out GI: ISI
OFDM1
OFDM2
OFDM1
OFDM2
GI(续)
为了最大限度的消除码间干扰，在每个符号之间插入保护间隔 (GI),只要保护间隔长度大于信道的最大时延就可以完全消除码 间干扰。这段保护间隔内可以不插任何信号，即为空白传输段。
GI
Data
GI
Data
优点4：高的频谱利用率
FDM
saving spectral
OFDM
Frequency Frequency
优点4：高的频谱利用率
• 传统的单载波系统：
假设M进制调制，单载波，符号周期为T
频带带宽： Bit传输速率：
W
2 T
2Rs
R Rs log 2 M
频谱利用率：
R W
1 2
log
2
M
bit / s / Hz
0 n NTs
ofdm调制的基本原理
OFDM（正交频分复用）是一种多载波调制技术，被广泛用于无线通信和宽带通信系统中。
其基本原理如下：
1. 将宽带信号分成多个窄带子载波：OFDM将宽带信号分成多个窄带子载波，每个子载波之间相互正交，并且它们的频谱互不重叠。
这样可以将高速数据信号拆分为多个低速子信号，每个子信号在频率上独立传输。
2. 并行传输和频谱效率：OFDM通过同时在多个子载波上并行传输不同的数据符号，大大提高了频谱利用效率。
不同子载波的数据可以通过快速傅里叶变换（FFT）等技术进行并行调制和解调。
3. 前导和保护间隔：为了克服多径信道引起的符号间干扰（ISI）和频率选择性衰落，OFDM 插入了循环前缀（CP）或保护间隔。
循环前缀是从OFDM符号的尾部截取一段时间，并将其叠加到符号的头部，使得符号之间的间隔变得保护。
这种设计可以抵消多径信道引起的符号间干扰，并简化了接收端的等时对齐操作。
4. 频域均衡：OFDM系统中的接收端通常会进行频域均衡操作来克服频率选择性衰落引起的干扰。
通过对每个子载波的幅度和相位进行补偿，可以抵消信道引起的衰落，从而恢复原始数据。
总结起来，OFDM通过将宽带信号分成多个窄带子载波并实现并行传输和频域均衡，提高了频谱利用效率并克服了多径信道引起的干扰和衰落问题。
这使得OFDM成为高速、高效的无线通信调制技术。
OFDM的原理
OFDM技术是一种多载波调制技术，其特点是各副载波相互 正交。 设{fm}是一组载波频率，各载波频率的关系为： {fm}=f0+m/T m=0,1,2,…N-1 （1） 式中，T是单元码的持续时间，f0是发送频率。 作为载波的单元信号组定义为[16]:
式中l的物理意义对应于“帧”（即在第l时刻有m路并行码 同时发送）。
行周期扩展而来。只要多径时延不超过保护间隔，
副载波间的正交性就不会被破坏。
OFDM系统的实现
由上面的分析知，为了实现OFDM，需要利用一组 正交的信号作为副载波。典型的正交信号是 {1,cosΩt,cos2Ωt,…，cosmΩt,…，sinΩt,sin2Ωt， sinmΩt,…}。如果用这样一组正交信号作为副载波， 以码元周期为T的不归零方波作为基带码型，调制后 经无线信道发送出去。在接收端也是由这样一组正 交信号在[0,T]内分别与发送信号进行相关运算实现 解调，则中以恢复出原始信号。OFDM调制解调基 本原理见图2、图3所示。 在调制端，要发送的串行二进制数据经过数据编码 器（如16QAM）形成了M个复数序列，这里D（m） =A（m）-jB(m)。此复数序列经串并变换器变换后 得到码元周期为T的M路并行码（一帧），码型选用 不归零方波。用这M路并行码调制M个副载波来实现 频分复用。所得到的波形可由下式表示：
此S（t）即为OFDM信号，其中Sl（t）表示第l帧 OFDM信号，Xm,l(m=0,1,…，N-1) 为一簇信号点，分别在第l帧OFDM的第m个副载波上 传输。 在接收端，可通过下式解调出Xm,l
这就是OFDM的基本原理。当传输信道中出现多径 传播时，在接收副载波间的正交性将被破坏，使得 每个副载波上的前后传输符号间以及各副载波之间 发生相互干扰。为解决这个问题，就在每个OFDM 传输信号前插入一保护间隔，它是由OFDM信号进
移动通信原理第十章 OFDM技术
04
OFDM技术的优势与挑 战
频谱效率高
频谱效率高
OFDM技术通过将频谱划分为多 个子载波，实现了频谱的高效利 用，提高了频谱效率。
灵活的子载波分配
根据业务需求和信道条件，灵活 地分配子载波给不同的用户或业 务，实现频谱资源的优化利用。
抗多径干扰能力强
多径干扰抑制
OFDM技术通过在接收端采用信道估 计和均衡技术，能够有效抑制多径干 扰，提高信号的传输质量。
由于OFDM信号在多个子载 波上传输，因此可以抵抗频率
选择性衰落的影响。
易于实现
OFDM技术可以通过使用快 速傅里叶变换和逆快速傅里叶 变换实现高效的调制和解调。
02
OFDM系统的基本构成
调制与解调
调制
OFDM技术中，数据首先被调制到 多个子载波上。常用的调制方式包括 QPSK、16QAM和64QAM等，可以 根据信道条件和系统要求选择合适的 调制方式。
求。
多天线技术结合
OFDM技术与多天线技术的结合可以提高信号的传输质量和可靠性，同时增强抗干 扰能力。
通过多天线技术，可以实现空间分集、波束赋形等功能，提高信号的覆盖范围和穿 透能力。
多天线技术与OFDM技术的结合还可以支持多用户通信，实现多用户复用和多流传 输，提高系统容量和频谱利用率。
联合信号处理和协同传
解调
在接收端，信号经过解调后还原出原 始数据。解调过程与调制过程相反， 需要完成信号的解调、去频偏和去循 环前缀等操作。
信道编码与解码
信道编码
为了提高数据传输的可靠性，OFDM系统通常采用信道编码 技术，如卷积码、Reed-Solomon码等。这些编码方式可以 在数据传输过程中增加冗余信息，以抵抗信道衰落和噪声干 扰。
OFDM的基本原理
OFDM的基本原理正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）是一种用于无线通信的调制技术，它将数据流分成多个低速数据流，每个子流通过一个不同的正交子载波进行传输。
OFDM技术可以将高速数据流分成多个低速子载波进行传输，从而提高了系统的频谱效率和抗衰落性能。
1.将数据流分成多个低速子载波：OFDM将高速数据流分成多个低速子载波进行传输。
每个子载波的宽度远小于信道的相干带宽，因此可以采用低复杂度和低功耗的调制技术进行传输。
2.子载波之间正交：每个子载波的频谱宽度不重叠，并且它们之间正交（即相互垂直）。
这种正交关系可以使得子载波之间相互独立，减少了干扰。
3.增加保护间隔：为了防止子载波之间由于码间干扰引起的干扰，OFDM在每个子载波前后增加了保护间隔。
保护间隔的作用是避免子载波之间的干扰和多径效应带来的碰撞。
4.多径信道的抗干扰性：OFDM技术具有很好的抗多径干扰性能，因为每个子载波被设计成它们之间的符号传输时间迟延相互正交。
这使得OFDM系统能够充分利用频率选择性衰落信道中的频谱资源，减少了多普勒扩展和多址干扰。
5.调制和解调过程：OFDM采用复杂度较低的调制技术，例如正交调幅调制（QAM）或相位偏移键控（PSK）等。
OFDM解调器将接收到的信号划分为一系列不同的子载波，并对每个子载波进行正交解调。
然后，对所有子载波的解调结果进行合并，以重构原始的高速数据流。
6.误码率（BER）性能：OFDM技术通过使用前向纠错编码和自适应调制等技术来改善误码率性能。
这些技术可以在信道质量差的情况下保证高速数据传输的可靠性。
OFDM技术因其频谱效率高、抗多径衰落性能好和频谱资源可利用性高等优点，在无线通信中得到了广泛的应用。
例如，OFDM被应用于WLAN （无线局域网）、WiMAX（全球互操作性无线访问）和LTE（长期演进）等无线通信标准中。
移动通信系统中的OFDM技术
移动通信系统中的OFDM技术摘要：最近几年，无线技术被越来越多的人熟知和使用。
人们通过无线技术发送、接收、传播消息，进行远程控制、远程操作等，但从通信的实质上来说，有线技术与无线技术的根本区别在于传输信息的信道采用的方式和介质不同。
OFDM技术是在移动通讯领域中大多用于无线技术。
本文主要先简介了OFDM技术，分析了此技术的发展史、使用原理及优缺点，接着就OFDM技术的在众多领域的具体应用进行了概述。
关键词：移动；通信系统；OFDM技术；传输前言OFDM是一种高速数据传输技术，该技术的基本原理是将高速串行数据变换成多路相对低速的并行数据分配到若干个子信道中进行传输。
由于每个子信道中的符号周期会相对增加，因此，可以减轻由无线信道的多径时延所产生的时间色散对系统造成的影响。
而且还可以在OFDM符号之间插入保护间隔，令间隔大于无线信道的最大时延扩展，这样就可以最大限度地消除由于多径带来的符号间干扰。
同时为了提高频谱利用率，使各子载波上的频谱相互重叠，但这些频谱在整个符号周期内满足正交性，从而保证接收端能够不失真地复原信号。
1 OFDM技术的简介1.1 OFDM技术的发展早在20世纪60年代OFDM技术就已经提出。
当时，它主要用于军用高频通信系统，由于当时OFDM系统的结构非常复杂，限制了进一步推广。
20世纪70年代，随着数字信号处理（DSP）技术和大规模集成电路（VLSI）的发展，特别是采用离散傅利叶变换来实现多个载波的调制后，简化了系统结构，0FDM技术才趋于实用化。
20世纪80年代，人们开始将OFDM技术应用于高速modem。
OFDM是一种无线环境下的高速传输技术，近年来已广泛用于数字音频广播（DAB）、非对称数字用户线（ADSL）、高清晰度电视（HDTV）等系统。
1999年，IEEE802．1la通过了一项5GHZ的WLAN标准，其中OFDM调制技术被采用为其物理层标准。
随着4G标准的制定，OFDM将作为主流技术写入4G标准中。
OFDM的基本原理及关键技术
OFDM的基本原理及关键技术OFDM的基本原理及关键技术 1 OFDM的基本原理2 OFDM的模型结构和各部分原理2.1 OFDM结构框图2.2 星座映射2.3 串并转换以及FFT2.4 插入保护间隔2.5 OFDM的解调OFDM即正交频分复用技术，实际上 OFDM是 MCM(Multi-CarrierModulation)，多载波调制的一种。
其主要思想是:将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到在每个子信道上进行传输。
正交信号可以通过在接收端采用相关技术来分开，这样可以减少子信道之间的相互干扰 ICI 。
每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此每个子信道上的可以看成平坦性衰落，从而可以消除符号间干扰。
而且由于每个子信道的带宽仅仅是原信道带宽的一小部分，信道均衡变得相对容易。
在向B3G/4G演进的过程中，OFDM是关键的技术之一，可以结合分集，时空编码，干扰和信道间干扰抑制以及智能天线技术，最大限度的提高了系统性能。
1 OFDM的基本原理OFDM技术的推出其实是为了提高载波的频谱利用率，或者是为了改进对多载波的调制，它的特点是各子载波相互正交，使扩频调制后的频谱可以相互重叠，从而减小了子载波间的相互干扰。
在对每个载波完成调制以后，为了增加数据的吞吐量、提高数据传输的速度，它又采用了一种叫作HomePlug的处理技术，来对所有将要被发送数据信号位的载波进行合并处理，把众多的单个信号合并成一个独立的传输信号进行发送。
另外OFDM之所以备受关注，其中一条重要的原因是它可以利用离散傅立叶反变换/离散傅立叶变换(IDFT/DFT)代替多载波调制和解调。
OFDM的基本原理是将高速信息数据编码后分配到并行的N个相互正交的载波上，每个载波上的调制速率很低(1/N)，调制符号的持续间隔远大于信道的时间扩散，从而能够在具有较大失真和突发性脉冲干扰环境下对传输的数字信号提供有效地保护。
移动通信原理第11次课-第10章OFDM技术
• OFDM是第四代移动通信的核心技术，它 被LTE和WiMax移动通信系统采用。学术 界和工业界主流观点认为，只有OFDM才 能够满足ITU第四代移动通信标准IMTAdvanced的技术要求。 10.1 OFDM基本原理 • OFDM的基本原理是将整个信道带宽分为 多个正交的子载波。并将高速数据流分解 为多路并行的低速数据流，分散在正交的 子载波上同时传输。OFDM在符号前端人 为插入一个保护时间，前一符号对后一符 号的码间干扰可以完全消除。 • OFDMA子载波映射方式有三种，集中映 射、分布映射和随机映射。
3）确定子载波数目 • 确定子载波数目的方法有两种： W N D • 一种是直接计算， f 。
• 另一种方法是根据总数据速率（ bps ）除以每 个子载波的数据速率。
现在举例说明设计方法。如果系统的总数据速 率 R=20Mbps, 多 径 时 延 trms=200ns, 信 道 带 宽 W=15MHz，采用 1/2信道编码和 16QAM数字调 制。试设计 OFDM 符号的保护时间、周期和子 载波数。 • 设计方法如下：
• 20世纪90年代以来，由于OFDM具有一系列的 优点，被广泛地应用于众多宽带数据通信系 统，如数字音频广播(DAB)、数字视频广播 (DVB)及HDTV地面传输等，还有高速数字用户 线(HDSL，1.6Mbps)、非对称数字用户线 (ADSL,6Mbps)、以及甚高速数字用户线(VDSL、 100Mbps)等用户数据接入系统。在无线系统 中的应用包括：无线局域网标准WLAN— IEEE802.11a/b/g/n ，WMAN标准— 802.16d/e/m，3GPP标准化组织推出的LTE标 准及3GPP2推出的UMB标准，都以OFDM作为 核心技术。
选做题： • P.249.第10.9题。补充条件：系统采用码率 为3/4的信道编码和QPSK数字调制。
OFDM技术ppt课件
OFDM不足1——峰均比高
• 下行使用高性能功放，上行采用SCFDMA以改善蜂均比
16
OFDM不足2——对频率偏移特别敏感
• LTE使用频率同步解决频偏问题
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OFDM不足3-多小区多址和干扰抑制
• OFDM系统虽然保证了小区内用户的正交性，但无法实 现自然的小区间多址（CDMA则很容易实现）。如果不 采取额外设计，将面临严重的小区间干扰（某些宽带无 线接入系统就因缺乏这方面的考虑而可能为多小区组网 带来困难）。可能的解决方案包括加扰、小区间频域协 调、干扰消除、跳频等。
2001年，IEEE802.16通过了无线城域网标准，该标准根据使用频段 的不同，具体可分为视距和非视距两种。其中，使用2~11GHz许可 和免许可频段，由于在该频段波长较长，适合非视距传播，此时 系统会存在较强的多径效应，而在免许可频段还存在干扰问题， 所以系统采用了抵抗多径效应、频率选择性衰落或窄带干扰上有 明显优势的OFDM调制，多址方式为OFDMA。2006年2月， IEEE802.16e形成了最终的出版物，采用的调制方式仍然是OFDM。
2
OFDM 主要思想
OFDM主要思想是：将信道分成若干正交子信道，将高速数 据信号转换成并行的低速子数据流，调制到在每个子信道 上进行传输。正交信号可以通过在接收端采用相关技术来 分开，这样可以减少子信道之间的相互干扰(ISI) 。每个子信 道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此每个子信道上 可以看成平坦性衰落，从而可以消除码间串扰，而且由于 每个子信道的带宽仅仅是原信道带宽的一小部分，信道均 衡变得相对容易。
8
OFDM 应用情况
2004年11月，根据众多移动通信运营商、制造商和 研究机构的要求，3GPP通过被称为Long Term Evolution (LTE)即“3G长期演进”的立项工作。项目 以制定3G演进型系统技术规范作为目标。3GPP经过 激烈的讨论和艰苦的融合，终于在2005年12月选定 了LTE的基本传输技术，即下行OFDM，上行SC(单载 波)FDMA。
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5
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• 虽然四个子载波的幅度范围恒为 [1,1] ，但迭加 之后的OFDM符号的幅度范围却变化很大，这 也就是OFDM系统具有高峰均比的现象。 • 由于OFDM子载波之间满足正交性，因此可以 采用离散傅立叶变换 (DFT) 表示信号。直接进 行IDFT/DFT变换，算法复杂度为O( N 2 ) ，计算量 非常大，但如果采用IFFT/FFT来实现，则算法 复杂度降低为 O N log ( N ) (基2算法)，极大降低
N i 2
H (t ) z (t )
i l
• 第 k 个子载波的解调信号中包括了有用信 号、噪声信号以及码间干扰。其中输出 噪声的方差是
E z (t ) z ( s ) t s
* 2
10
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1 N 2 i 0.5 s(t ) Re d N exp j 2 f c t i T i N 2 2
• OFDM信号的基带形式为：
x (t )
N i 2
d
N 1 2
i
N 2
i exp j 2 t dwT T
3
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• 由于子载波的正交特性，可以采用一路 子载波信号进行解调，从而提取出这一 路的数据。例如对第 k 路子载波进行解调 可以得到(具体参照课本)：
T k i j 2 t d N exp j 2 t dt d N T exp k T1
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§10.1 OFDM基本原理
• OFDM的基本原理是将高速的数据流分解为多路并 行的低速数据流，在多个载波上同时进行传输。对 于低速并行的子载波而言，由于符号周期展宽，多 径效应造成的时延扩展相对变小。当每个OFDM符 号中插入一定的保护时间后，码间干扰几乎就可以 忽略。 • OFDM系统设计关键参数 ：
L 2
9
N 1 2
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• 对第 k 路子载波进行解调可以得到：
y (t ) d
N k 2 l 1
H (t ) d
l i ik N 2
L
N 1 2
1、子载波的数目 2、保护时间 3、符号周期 4、载波间隔 5、载波的调制方式 6、前向纠错编码的选择
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• 10.1.1 OFDM信号的生成 OFDM符号通带信号可以表示为：
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• 系统的通信能力实际上受制于信道的传播特性。对 于高速数据业务，发送符号的周期可以与时延扩展 相比拟，甚至小于时延扩展，此时将引入严重的码 间干扰，导致系统性能的急剧下降。 • 信道均衡是经典的抗码间干扰技术，在许多移动通 信系统中都采用了均衡技术消除码间干扰。但是如 果数据速率非常高，采用单载波传输数据，往往要 设计几十甚至上百个抽头的均衡器，这不啻是硬件 设计的噩梦。 • OFDM系统既可以维持发送符号周期远远大于多径 时延，又能够支持高速的数据业务，并且不需要复 杂的信道均衡。
• 多径效应造成的码间干扰 (ICI)为：
I (t )
d
i i k N 2
N 1 2
• OFDM系统满足Nyquist无码间干扰准则。 但此时的符号成型不象通常的系统，不 是在时域进行脉冲成型，而是在频域实 现的。因此时频对偶关系，通常系统中 的码间干扰(ISI)变成了OFDM系统中的子 载波间干扰(ICI)。为了消除ICI，要求 OFDM系统在频域采样点无失真。
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N 1 2
4
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• 子载波数目 N 4时，承载的数据为d (1,1,1,1) ，四个载 波独立的波形和迭加后的信号
3
2
1
0
-1
-2
-3 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
• 10.1.2 保护时间和循环前缀 • 多径衰落信道 ：
h(t ) Al (t )e
l 1
L
jl ( t )
(t l )
• OFDM接收机收到的信号为：
r (t ) x (t ) h(t ) n(t ) i d N Al (t )exp j 2 t l l (t ) n(t ) i T l 1 i N 2
2
2
了OFDM系统的实现难度。
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OFDM符号频谱结构
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