第3章 OFDM系统原理
OFDM的原理
OFDM的原理OFDM是由欧洲广播联盟采用的用于陆地数字广播传输的技术。
因为广播区域的半径通常达到几百公里，并且具有大的延迟传播特性的频率选择性衰落。
随后提出了OFDM扩频(OFDM SS)通信体制，用于无线LAN和蜂窝系统中抑制码片间干扰(ICI)和码符号间干扰(ISI)。
OFDM信号是由大量在频率上等间隔的载波构成。
载波间隔一般取为符号周期Ts的倒数。
当每个子信道的符号由矩形时间脉冲组成时，每个调制载波的频谱为sinx/x形状，其峰值相应于所有其它载波的频谱中的零点。
OFDM的原理如图1。
如果复用载波信号的数据符号间隔为T S，被分隔的频率差为df=n／T S，这些载波信号必须为正交的。
图1 OFDM原理图设{f k}是一组载波，各载频的关系为：{f k} = f0 + k/Ts k = 1,2,3, ...N-1Ts是单元码的持续时间，f0是发送的频率。
作为载波的单元信号组定义为：其频谱相互交叠，满足正交条件：以及,当以一组取自有限集的复数{C j,k}表示数字信号对调制时，则, 即OFDM信号。
通过下式可以解调：图2 给出OFDM调制解调原理方框图。
图2 OFDM调制解调原理图基带OFDM信号可以表示为：N为载波数；为传输数据；f k为第K个载波的频率，满足f k = k/Ts, 在t=nT时,抽样上述方程的信号为：式子的右边是{C k}复数的IDFT变换的实部，因此，可以在时域采用IDFT获得基带OFDM信号，同理可得基带OFDM信号x g(t) 在时域的抽样值为IDFT输出的虚部。
于是，中频信号为：。
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通信系统的基本原理(一)
ofdm通信系统的基本原理(一)OFDM通信系统的基本原理简介OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用）是一种高效的多载波调制技术，广泛应用于现代无线通信系统中。
本文将从基本原理开始，逐步介绍OFDM通信系统的相关概念和工作原理。
基本概念OFDM通信系统的基本概念包括以下几个方面：载波OFDM系统将信号分成多个子载波进行传输，每个子载波具有不同的频率。
这些子载波之间是正交的，也就是说它们之间互不干扰。
符号周期OFDM系统将每个子载波划分成多个均匀的时间片，称为符号周期。
每个符号周期内包含多个时间域上的符号。
傅里叶变换OFDM系统使用傅里叶变换将时域上的信号转换为频域上的信号。
这样可以将信号分成多个子载波，每个子载波具有不同的频率。
工作原理OFDM通信系统的工作原理如下：1.将要传输的数据分成多个块，并进行误码纠正（例如使用纠错编码算法）。
2.将每个数据块映射到多个子载波上。
不同的子载波可以传输不同的数据。
3.对每个子载波进行调制，将数据转换为一组正弦波信号。
4.对所有子载波进行傅里叶变换，将时域上的信号转换为频域上的信号。
5.将频域上的信号进行并行传输。
6.接收端进行逆傅里叶变换，将频域上的信号转换为时域上的信号。
7.解调和解码接收到的信号，还原出原始数据。
优势和应用OFDM通信系统具有以下优势和应用：•抗多径衰落能力强：由于子载波之间正交，OFDM系统对于多径传播具有很好的抗干扰能力。
•高速数据传输：OFDM系统能够同时传输多个子载波，大大提高了数据传输速率。
•广泛应用于无线通信领域：OFDM技术已经广泛应用于蜂窝网络、无线局域网和数字电视等领域。
总结OFDM通信系统通过将信号分成多个正交的子载波，实现了高速、抗干扰的数据传输。
这种技术广泛应用于现代无线通信系统中，并具有很大的优势和应用前景。
希望本文能帮助读者更好地理解OFDM通信系统的基本原理和工作方式。
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。
无线通信原理-基于matlab的ofdm系统设计与仿真
无线通信原理-基于matlab的ofdm系统设计与仿真基于matlab的ofdm系统设计与仿真摘要OFDM即正交频分复用技术，实际上是多载波调制中的一种。
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，调制到相互正交且重叠的多个子载波上同时传输。
该技术的应用大幅度提高无线通信系统的信道容量和传输速率，并能有效地抵抗多径衰落、抑制干扰和窄带噪声，如此良好的性能从而引起了通信界的广泛关注。
本文设计了一个基于IFFT/FFT算法与802.11a标准的OFDM系统，并在计算机上进行了仿真和结果分析。
重点在OFDM系统设计与仿真，在这部分详细介绍了系统各个环节所使用的技术对系统性能的影响。
在仿真过程中对OFDM信号使用QPSK 调制，并在AWGN信道下传输，最后解调后得出误码率。
整个过程都是在MATLAB环境下仿真实现，对ODFM系统的仿真结果及性能进行分析，通过仿真得到信噪比与误码率之间的关系，为该系统的具体实现提供了大量有用数据。
- 1 -第一章 ODMF系统基本原理1.1多载波传输系统多载波传输通过把数据流分解为若干个子比特流，这样每个子数据流将具有较低的比特速率。
用这样的低比特率形成的低速率多状态符号去调制相应的子载波，构成了多个低速率符号并行发送的传输系统。
在单载波系统中，一次衰落或者干扰就会导致整个链路失效，但是在多载波系统中，某一时刻只会有少部分的子信道会受到衰落或者干扰的影响。
图1,1中给出了多载波系统的基本结构示意图。
图1-1多载波系统的基本结构多载波传输技术有许多种提法，比如正交频分复用(OFDM)、离散多音调制(DMT)和多载波调制(MCM)，这3种方法在一般情况下可视为一样，但是在OFDM中，各子载波必须保持相互正交，而在MCM则不一定。
1.2正交频分复用OFDM就是在FDM的原理的基础上，子载波集采用两两正交的正弦或余弦函sinm,tcosn,t数集。
ofdm实现原理
ofdm实现原理OFDM（正交频分复用）是一种多载波调制技术，常用于无线通信系统中。
它的基本原理是将高速数据流分成多个低速子载波，然后将它们正交地叠加在一起进行传输。
OFDM的实现原理可以分为信号分割、子载波调制、并行传输和信号合并几个步骤。
在OFDM系统中，将要传输的高速数据流分成多个低速子载波。
这个过程称为信号分割。
通过将高速数据流分成多个低速子载波，可以降低每个子载波的传输速率，从而减小了信号传输过程中的频率扩展和码间干扰。
常见的分割方法有快速傅里叶变换（FFT）和离散余弦变换（DCT）。
接下来，对每个子载波进行调制。
调制方式可以根据实际需要而定，常见的调制方式有相位调制、振幅调制和正交振幅调制。
调制后的每个子载波携带了一部分原始信号的信息。
这些子载波之间是正交的，即它们的频率相互独立且互不干扰。
然后，将调制后的子载波并行传输。
每个子载波独占一部分频谱，通过并行传输可以充分利用频谱资源。
并行传输还可以提高系统的容量和抗干扰能力。
在并行传输过程中，可以采用不同的调制方式和编码方式，以适应不同的信道环境和传输要求。
将所有子载波的信号合并成一个OFDM信号进行发送。
在接收端，通过反向过程，将接收到的OFDM信号分解成多个子载波，并进行解调和解码，还原出原始的高速数据流。
OFDM的实现原理使得它在无线通信系统中具有很多优势。
首先，它可以有效地抵抗多径干扰。
由于每个子载波的带宽相对较窄，所以在多径传输环境中，不同子载波的传播时延可以被视为相等，从而减小了码间干扰。
其次，OFDM可以充分利用频谱资源。
由于子载波之间是正交的，所以可以将它们紧密地排列在一起，提高频谱利用率。
此外，OFDM还具有较好的抗频偏性能，能够适应高速移动和多用户同时传输的场景。
OFDM通过将高速数据流分割成多个低速子载波，并进行调制和并行传输，实现了高效的无线通信。
它的实现原理使得它在抗干扰、频谱利用和抗频偏等方面具有优势，被广泛应用于各种无线通信系统中。
OFDM的基本原理QAM
OFDM的基本原理QAMOFDM，全名为正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing），是一种用于无线通信和广播系统的调制技术。
它将高速数据流分为多个较低速的子流，每个子流都通过不同的频率进行传输，这样可以在有限的频谱带宽内传输更多的数据。
1.小载波频分复用：OFDM系统使用多个小载波进行数据传输。
这些小载波之间的频率是互相正交的，即彼此之间没有相互干扰。
每个小载波都可以携带不同的数据，因此可以利用整个频谱带宽进行并行传输。
2.数据编码：在传输前，数据需要进行编码。
OFDM使用正交振幅调制（QAM）来编码数据。
QAM是一种将数字信号映射到信号空间中的调制技术，其中通过调整幅度和相位来表示不同的数据。
OFDM中使用的QAM 调制可以迅速地在复杂信道中进行解调，因此可以减少传输错误。
3.每个子载波的传输：OFDM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同的小载波上进行传输。
这些小载波之间的频率是互相正交的，所以它们可以同时传输，而不会相互干扰。
每个子流的传输速率较低，减少了传输错误的可能性。
4.多径传输的抵消：在无线信道中，信号在传播过程中会经历多径传输，即信号会经过多个路径到达接收端。
这会导致信号的多普勒频移和多径干扰。
OFDM通过发送符号间有重叠的子载波，可以实现传输路径延迟间隔的确定，从而避免干扰。
5.频率和时间的选择性衰落补偿：OFDM技术能够通过频率选择性衰落补偿和时间选择性衰落补偿来对信号进行处理，以减少信号衰落带来的传输错误。
频率选择性衰落补偿通过对每个子载波进行独立的等化和错误修正来实现。
时间选择性衰落补偿则通过发送预先加载的循环前缀来实现，以提供时间补偿和保持信号的连续性。
6.高效利用频带：由于OFDM可以将整个频谱带宽有效分割成多个小载波进行传输，因此可以在有限的频带宽度内发送更多的数据。
这使得OFDM成为高速数据传输和宽带通信的理想选择。
OFDM系统原理专题知识课件
s(t)
1 N
N 1
di
i0
exp j2fitrect(t
T/ 2)
1 是功率归一化因子。
N
OFDM符号旳频域：
s( f ) 2
1 N
N 1
diTSa ( ( f
i0
fi )T
2
因为OFDM符号每个子载波旳功率谱大致呈抽样函数形
状，旁瓣旳振荡衰减比较慢，所以造成OFDM符号旳整个功
率谱带外辐射比较大 。
无保护间隔情形
发送端： OFDM数据 训练序列 OFDM数据
接受端： OFDM数据
训练序列
OFDM数据
加入保护间隔情形
加入循环前缀作为保护间隔旳OFDM符号
复制
IFFT 保护
间隔
IFFT 输出
Ng
N
前一OFDM
保护 IFFT
间隔
时间
后一OFDM
sN L
sN 1 CP
x0
d (k )
星 x1 I
座
频带OFDM符号时间表达式为
s(t)
N 1 i0
di
exp
j 2f i
(t
t
s
)
0
ts t ts T t ts t ts T
或
s(t)
N 1
di
exp
j
2fi
(t
t
s
)rect(t
t
s
T/
2)
i0
基带OFDM符号时间表达式为
s(t)
N 1
i
0
di
exp
j2
i T
(t
F
S/P 映 F
OFDM原理与应用_第三章part01_2014
Er ( f , t )
cos 2 f [(1 v / c )t r0 / c ]
r0 vt -
cos 2 f ((1 v / c )t ( r0 2d ) / c )
2d r0 vt
(1 v / c ) 的正弦波，经历的多普勒频移 D 1 : fv / c
表示信道：
H ( f , t ) :
( , , f )e j 2 fr / c
0
r0 vt
e j 2 fvt / c
多普勒频移更 多普勒频移更一般的表示式为 般的表示式为
fv cos fd c
其中 为车行方向与入射波方向的夹角。
第二章 无线信道与数字通信系统基础 part 1
s ( , , f )cos 2 f (t r / c)
r
电场相位随 2 fr / c 变化，对应于由光速辐射传播引起的 时延;
随着距离 r 的增大，电场按照 r -1 的规律减小；自由空间 每平方米的电磁波功率按照 r -2 的规律减小 （ 无障碍物 时）
OFDM原理与应用
8
自由空间，固定发射天线与接收天线
直射波：频率 f 反射波：频率 反射波 频率
OFDM原理与应用
f (1 v / c ) 的正弦波 的正弦波，经历的多普勒频移 经历的多普勒频移 D 2 : fv / c
20
由距离和阴影引起的功率衰减
多普勒扩展（Doppler spread）定义为由距离和阴影引 起的功率衰减
2 fv Ds : D2 D1 c
波长（m） 0.3333米 0.1579米 0.0517米
f
OFDM系统原理及其实现
OFDM系统原理及其实现通信系统综合设计通信系统综合设计报告题目:OFDM系统原理及其实现学部:班级:姓名:学号:指导教师:撰写日期:通信系统综合设计目录第一章 ..................................................................... . (3)1.1要求...................................................................... (3)1.2系统基本原理及基本模块 ..................................................................... .. (3)1.2.1设计思路...................................................................... . (3)1.2.2系统基本模块...................................................................... ............... 4 第二章 ..................................................................... . (5)2.1编程思路及框架 ..................................................................... . (5)2.1.1信道编码映射 ..................................................................... (5)2.1.2串并/并串变换 ..................................................................... .. (6)2.1.3OFDM调制解调 ..................................................................... .. (7)2.1.4添加/取出循环前缀 ..................................................................... ....... 7 第三章 ..................................................................... . (8)3.1 实验结果 ..................................................................... .. (8)3.1.1码率计算: .................................................................... .. (8)3.1.2试验结果...................................................................... ...................... 8 总结 ..................................................................... ................................................... 12 附录 ..................................................................... (13)通信系统综合设计第一章1.1要求仿真实现OFDM调制解调，在发射端，经串/并变换和IFFT变换，加上保护间隔(又称“循环前缀”)，形成数字信号，通过信道到达接收端，结束端实现反变换，进行误码分析。
毕业设计(论文)OFDM系统原理及仿真实现
目录摘要 (2)ABSTRACT (3)第一章绪论 (4)第二章OFDM系统的基本介绍 (5)2.1OFDM的基本原理 (5)2.1.1 OFDM的产生和发展 (6)2.1.2 DFT的实现 (7)2.1.3 保护间隔、循环前缀和子载波数的选择 (8)2.1.4 子载波调制与解调 (10)2.2OFDM系统的优缺点 (11)2.3OFDM系统的关键技术 (11)第三章OFDM系统仿真实现 (13)3.1OFDM信号的时域及频域波形 (13)3.2带外功率辐射以及加窗技术 (15)3.3在不同信道环境和系统不同实现方式下的仿真 (18)3.3.1 调制与解调 (18)3.3.2 不同信道环境下的系统仿真实现 (20)3.3.3 系统不同实现方式的仿真实现 (22)第四章OFDM系统的仿真结果及性能分析 (23)4.1不同信道环境下的误码特性 (23)4.2不同系统实现方式下的误码特性 (28)第五章总结 (30)摘要本论文以OFDM系统为基础，介绍了OFDM系统的基本原理，以及使用OFDM技术的优势所在，并且展望了今后的无线移动技术的发展前景。
在简单介绍OFDM原理的同时，着重阐述了OFDM系统在不同信道环境和不同实现方式下的误码性能。
主要包括了OFDM系统在加性白高斯信道，在加性白高斯信道和多径干扰两种不同信道环境下系统的误码性能，其中后者还研究了系统在有保护间隔与无保护间隔的误码性能比较。
在理论分析的基础上，用MATLAB进行仿真，最后做出误码性能的分析和比较。
关键字: 正交频分复用（OFDM），离散傅立叶变换，AWGN，，多径干扰，保护间隔。
ABSTRACTThis paper presents you the basic priciple of OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）and where it excels based on OFDM system , following with the prospective of wireless mobile communication. After a brief introduction to OFDM principle , it mainly focuses on the effect of OFDM system under different channels and with different system realizations on the Binary Error Rate (BER). It mainly includes two kinds of channels: the AWGN channel and the AWGN channel with Rayleigh fading. In the latter, we compare the BER with two different system realizations: one with Guarded Intervals(GI), and the other without (GI).Key Words : OFDM, DFT, AWGN, Rayleigh fading ,GI第一章绪论现代移动通信是一门复杂的高新技术，不但集中了无线通信和有线通信的最新技术成就，而且集中了网络接收和计算机技术的许多成果。
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。
无线通信中的OFDM技术原理及应用教程
无线通信中的OFDM技术原理及应用教程OFDM技术（正交频分复用技术）是现代无线通信领域中常用的一种多载波调制技术。
它能够有效地抵抗多径传播和频偏等问题，提高无线信号的传输质量和系统容量，被广泛应用于Wi-Fi、LTE等无线通信标准中。
本文将从OFDM技术的原理和应用两个方面进行介绍。
一、OFDM技术的原理OFDM技术将高速数据流分为多个较低速率的子载波，每个子载波之间正交，通过多个子载波同时传输数据。
这样可以充分利用频谱，并且能够抵抗多径传播带来的码间干扰。
OFDM系统包含三个主要的过程：调制、并行传输和接收端处理。
1. 调制：OFDM系统使用QAM或PSK等调制方式将原始数据信号转换为复数形式的符号。
复数符号在频域上表示为一个复数序列。
每个复数符号代表一个子载波上的数据。
2. 并行传输：OFDM系统将调制后的符号并行地发送到不同的子载波上。
每个子载波负责传输一部分数据，子载波之间正交避免了码间干扰。
3. 接收端处理：接收端利用FFT（快速傅里叶变换）将接收到的OFDM信号从频域转换为时域。
然后，对每个子载波信号进行解调和译码，将其恢复为原始数据信号。
二、OFDM技术的应用OFDM技术在无线通信领域有广泛的应用，以下列举了几个主要的应用领域。
1. Wi-Fi网络：OFDM技术是Wi-Fi网络中使用的一种调制技术。
Wi-Fi网络使用的是802.11标准，其中包括了多个子标准，如802.11a、802.11g和802.11n等。
这些子标准中的大部分都采用了OFDM技术，用于提供高速、稳定的无线网络连接。
2. 移动通信：OFDM技术也被广泛应用于移动通信领域，如LTE（Long Term Evolution）网络。
LTE网络采用了OFDMA（OFDM Access）技术，将频谱划分为不同的子载波，用于同时传输多个用户的数据。
这样可以提高系统容量和频谱效率，实现高速的移动数据传输。
3. 数字电视和广播：OFDM技术在数字电视（DVB-T）和广播（DAB）中也有应用。
OFDM基本原理
OFDM基本原理OFDM（正交分频多址）是一种多载波调制技术，常用于无线通信和数字广播领域。
它能够将高速数据流分成多个低速子流，并将这些子流调制到正交的子载波上发送，从而实现高效的数据传输和频谱利用。
OFDM的基本原理如下：1.频率分割：将高速数据流划分为多个低速子流。
这个过程可以通过将数据流分成不同的频率带来实现。
频率分割可以基于多路复用技术，使多个子流同时在不同的频带上传输。
2.子载波生成：OFDM使用正交的子载波传输数据。
在频率分割后，将每个频带进一步划分为多个正交的子载波，每个子载波的频带宽度较窄。
子载波之间的间隔是两个子载波的频域上正交，也就是说，其相互之间没有干扰。
3.符号调制：每个子载波都可以使用不同的调制方案，如PSK、QAM 等。
调制方案的选择取决于每个子载波的信噪比和传输速率需求。
每个子载波上传输的信息可以被认为是一个符号。
4.并行传输：不同的子载波可以并行传输，这意味着它们可以同时传输数据，而不会相互干扰。
这是因为OFDM中的子载波是正交的。
并行传输通过并行处理技术实现，可以显著提高数据传输率。
5.频谱利用：OFDM的一个主要优势是其高效的频谱利用。
由于子载波之间的正交性，它们可以更紧密地分布在信道中并占用更窄的频率带宽。
这种突发的频谱利用使得OFDM在无线通信环境中更具竞争力。
6.多径传播抗性：OFDM对多径传播（指信号通过不同路径到达接收器）有很好的抗性。
它能够通过改变不同子载波的相位和幅度，有效地抵消多径信号引起的码间干扰，提高信号的抗干扰性能。
总结起来，OFDM基于频率分割和子载波的正交性，将高速数据流划分为低速子流，并将这些子流调制到正交的子载波上进行并行传输。
OFDM通过并行处理和高频谱利用率实现了高效的数据传输和频谱利用，并具有对多径传播抗性的优势。
它被广泛应用于现代无线通信和数字广播系统中。
《OFDM技术的介绍》课件
要点二
分集技术应用
采用分集技术可以减小多径衰落的影响，提高信号的可靠 性。
05
OFDM技术的未来发展
高速移动通信中的OFDM技术
高速移动通信中，OFDM技术能够提供更高的数据传输速率和更好的频谱效率， 支持高速移动设备的通信需求。
未来发展中，OFDM技术将进一步优化信号处理算法，提高频谱利用率和抗多径 干扰能力，以适应更高速的移动通信环境。
《ofdm技术的介绍 》ppt课件
目 录
• OFDM技术概述 • OFDM技术的基本原理 • OFDM技术的应用场景 • OFDM技术的关键技术问题 • OFDM技术的未来发展
01
OFDM技术概述
OFDM技术的定义
定义
正交频分复用（OFDM）是一种多 载波调制技术，它将高速数据流分割 为多个低速子数据流，然后在多个正 交子载波上并行传输。
OFDM技术的特点与优势
适用于多径环境和频率选择性衰落信道
01
由于OFDM技术具有抗干扰和抗衰落能力，因此特别适合于无
线通信信道中的多径和频率选择性衰落问题。
频谱资源利用率高
02
通过频谱复用和子载波的正交性，OFDM技术能够实现频谱资
源的充分利用，提高了通信系统的频谱效率。
支持高速数据传输
03
OFDM技术能够支持高速数据传输，适用于宽带无线通信系统
未来发展中，基于软件定义无线电的 OFDM技术将进一步探索如何实现动 态频谱管理、自适应调制解调和高效 资源分配等方面的优化。
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解释
OFDM通过将数据分配到多个子载波 上，提高了频谱利用率，并具有抗多 径干扰和频率选择性衰落的能力。
OFDM技术的历史与发展
OFDM基本原理详细全面ppt课件
a0,i=a1,i;a2,i=a3,i;.....aN-2,i=aN-1,i 以序列为0的子载波为例
z0,1=exp(jθo) [(c0-c1)a0,i+(c2-c3)a2,i+...+(cN-2-cN-1)aN-2,i]
根据上述公式可以看到，ICI主要取决于相邻加权系数ci-ci+1的差值，而不
再由加权系数ci来直接控制。由于相邻加权系数之间的差值一般都比较小，所
• 插入导频：将已知值放入信号流中，这些已知值将在解调时可帮助还原正确 信号
• Serial to Parallel：将串行信号改成并行方式，此时信号长度则变成原来的N 倍，其中N是子载波的个数
• IFFT：利用IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)，将信号做一个转换，可 以理解为离散频域转变成离散时域，如同信号分别乘上不同子载波频率一样
N-1
N -1
zm,i=1/Nexp(jθo)
al, i exp(j2 k(l - m Δf)/N)
l0
k0
带入上面值以后
zm, i
1 N
N-1
exp(j 0) al, i
l0
sin( sin(
(l (l
-
m m
ΔfT)) ΔfT))
exp(j
(
N -1)(lN
m
ΔfT))
N
把后面的部分用Cl-m代替，定义为对应N个输入数据符号对输出数据符号所作出的贡献 ，而这种贡献往往取决于频率归一化偏差ΔfT和子载波距离
• 插入保护间隔并加窗：信号尾端的部分移到信号前端，减少多径干扰对系统 的影响，并且乘上窗函数，减少接收到二个信号之间可能因为极不连续的相 角变化而产生的高頻信号
OFDM系统基本原理及技术
OFDM系统基本原理及技术OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）系统是一种常用的多载波调制技术，用于把高速数据流分割成多个低速子流进行并行传输。
本文将详细介绍OFDM系统的基本原理和技术。
一、基本原理1.子载波的正交性：OFDM通过将频谱分成多个相互正交的子载波来传输数据。
这些子载波在不同的频率上进行传输，彼此之间不会干扰。
在接收端，通过使用正交频分复用器对不同的子载波进行解调，可以将它们恢复成原始的数据。
2.前导序列：OFDM系统在传输数据之前，在每个子载波上插入了一组已知的前导序列作为标志。
接收端使用这些前导序列来估计信道的频率响应，并进行相应的补偿，以减少信道引起的失真。
3.低复杂度的等化：OFDM系统采用频域均衡来抑制多径效应带来的干扰。
接收端使用快速傅里叶变换（FFT）对接收到的信号进行频谱分析，并对每个子载波进行均衡。
由于各个子载波是正交的，可以并行地进行等化，大大降低了计算复杂度。
二、技术实现1.子载波设计：OFDM系统通过将频谱分成多个子载波来传输数据。
每个子载波的带宽与信道的传输带宽有关。
在系统设计中，需要确定每个子载波的带宽和数量，以及子载波之间的频率间隔等参数。
一般情况下，子载波的带宽相等，频率间隔正好等于子载波的带宽。
2.保护间隔插入：OFDM信号的传输受到多径效应的影响，因此在相邻OFDM符号之间插入一定的保护间隔是必要的。
保护间隔的长度需要根据信道延迟扩展的程度来确定。
3.调制方式：OFDM系统可以采用不同的调制方式，如二进制相移键控（BPSK）、四进制相移键控（QPSK）、八进制相移键控（8PSK）等。
调制方式的选择需要综合考虑系统的传输速率、误码率和功率效率等因素。
4.信道估计和均衡：OFDM系统需要对信道进行估计，并进行补偿以消除信道引起的失真。
常用的信道估计算法包括最小均方误差（MMSE）估计和最大似然估计（ML）等。
正交频分复用(OFDM)原理及相关分析综述
正交频分复用（OFDM）原理及其实现一、OFDM基本原理OFDM是一种无线环境下的高速传输技术，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并对不同的载波进行调制。
这种并行传输体制大大扩展了符号的脉冲宽度，提高了抗多径衰落的性能。
传统的频分复用方法中各个子载波的频谱是互不重叠的，需要使用大量的发送滤波器和接受滤波器，这样就大大增加了系统的复杂度和成本。
同时，为了减小各个子载波间的相互串扰，各子载波间必须保持足够的频率间隔，这样会降低系统的频率利用率。
而现代OFDM系统采用数字信号处理技术，各子载波的产生和接收都由数字信号处理算法完成，极大地简化了系统的结构。
同时为了提高频谱利用率，使各子载波上的频谱相互重叠（如图一所示），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。
当传输信道中出现多径传播时，接收子载波间的正交性就会被破坏，使得每个子载波上的前后传输符号间以及各个子载波间发生相互干扰。
为解决这个问题，在每个OFDM传输信号前面插入一个保护间隔，它是由OFDM信号进行周期扩展得到的。
只要多径时延不超过保护间隔，子载波间的正交性就不会被破坏。
图1 正交频分复用信号的频谱示意图二、OFDM系统的实现由上面的原理分析可知，若要实现OFDM，需要利用一组正交的信号作为子载波。
我们再以码元周期为T的不归零方波作为基带码型，经调制器调制后送入信道传输。
OFDM调制器如图2所示。
要发送的串行二进制数据经过数据编码器形成了M个复数序列，此复数序列经过串并变换器变换后得到码元周期为T的M路并行码，码型选用不归零方波。
用这M路并行码调制M个子载波来实现频分复用。
图2 OFDM调制器在接收端也是由这样一组正交信号在一个码元周期内分别与发送信号进行相关运算实现解调，恢复出原始信号。
OFDM解调器如图3所示。
然而上述方法所需设备非常复杂，当M很大时，需要大量的正弦波发生器，滤波器，调制器和解调器等设备，因此系统非常昂贵。
ofdm解调原理
ofdm解调原理OFDM（正交分频多路复用）是一种常用于无线通信系统中的调制解调技术。
它通过将高速数据流分成多个低速子流，并将每个子流调制到不同的子载波上，从而实现高效的数据传输。
本文将介绍OFDM 的解调原理及其工作过程。
OFDM的解调过程主要包括同步、信道估计和数据解调三个步骤。
首先是同步步骤，即接收端需要与发送端保持相同的时钟频率和相位。
同步的目的是使接收端能够准确地识别每个子载波的边界位置，以便后续的信道估计和数据解调。
同步通常通过引入导频信号来实现，导频信号被插入到OFDM符号中的特定位置，用于接收端进行时钟和相位的校正。
接下来是信道估计步骤，即接收端需要估计每个子载波上的信道衰落情况。
由于无线信道的复杂性，信号在传输过程中会受到多径效应、衰落等干扰，导致信号质量下降。
为了补偿这些干扰，接收端需要对信道进行估计，以便在解调时进行补偿。
信道估计通常采用导频信号的方法，通过对导频信号进行采样和比较，可以得到每个子载波上的信道衰落情况。
最后是数据解调步骤，即接收端需要将接收到的信号恢复成原始的数据流。
在接收端，首先需要将接收到的信号进行FFT变换，以分离出每个子载波上的信号。
然后，通过对每个子载波进行解调和解扩，可以得到原始的数据流。
解调过程中需要使用发送端与接收端事先约定好的调制方式和解调方式，以确保解调的准确性。
OFDM的解调原理基于正交性和频分复用的思想。
正交性是指不同子载波之间的相互干扰很小，使得每个子载波之间可以同时传输不同的数据流。
频分复用是指将高速数据流分成多个低速子流，并将每个子流调制到不同的子载波上，从而实现高效的数据传输。
通过这种方式，OFDM可以在有限的频谱资源下实现更高的数据传输速率。
总结起来，OFDM的解调原理是通过同步、信道估计和数据解调三个步骤来实现的。
同步步骤用于保持接收端与发送端的时钟频率和相位的一致性；信道估计步骤用于估计每个子载波上的信道衰落情况；数据解调步骤用于将接收到的信号恢复成原始的数据流。
第3章 OFDM系统原理
升余弦窗函数定义
0.5 0.5 cos( t /( Ts )) w(t ) 1.0 0.5 0.5 cos((t T ) /( T )) s s 0 t Ts
Ts t Ts Ts t (1 )Ts
128子载波、滚降系数分别为0（矩形函数）、0.025、0.05、
方案一 ： 选择16QAM和码率为1/2的编码方法。 每个子载波可以携带2bit的有用信息，因此，需要
60个子载波来满足每个符号120bit的传输速率。
方案二 ： 利用QPSK和码率为3/4的编码方法。
每个子载波可以携带1.5bit的有用信息，因此需要80个 子载波来传输。 80子载波就意味着带宽为
1 s( f ) N
2
d TSa( ( f f )T
i 0 i i
N 1
2
由于OFDM符号每个子载波的功率谱大致呈抽样函数形 状，旁瓣的振荡衰减比较慢，所以导致OFDM符号的整个功 率谱带外辐射比较大 。
OFDM信号的功率谱密度
32个子载波的OFDM信号的功率谱密度
子载波个数为16、64和256的OFDM系统的PSD
t kT / N (k 0,1,, N 1)
2ik sk s(kT / N ) di exp j N i 0
N 1
N 1
0 k N 1
1 x(n) X (k )e N k 0
N 1
jቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2 nk N
3.3 OFDM的保护间隔和循环前缀
0.1和0.5的升余弦窗函数对OFDM系统功率谱密度的影响
3.5 OFDM的参数选择 在OFDM系统中，需要确定的参数有：符号周期、保 护间隔、子载波的数量。
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80 250(kHz) 20(MHz) 18(MHz)
不满足系统要求，不能使用。
e j 2f 0 t
积分
~ d0
~ d1
e j 2f1t
+
s (t )
e j 2f1t
信道 积分
并 /串
d N 1
e j 2f N 1t
e j 2f N 1t
积分
~ d N 1
N 1 t s T 1 k i ˆ d k exp j 2 (t t s ) di exp j 2 (t t s ) dt T ts T T i 0
3.2 OFDM系统的基本模型
d0
d1
串 /并
3.2.1 OFDM系统的调制和解调
e j 2f 0 t
积分
e j 2f 0 t
~ d0
~ d1
e j 2f1t
+
s (t )
e j 2f1t
信道 积分
并 /串
d N 1
e j 2f N 1t
e j 2f N 1t
积分
~ d N 1
1 s( f ) N
2
d TSa( ( f f )T
i 0 i i
N 1
2
由于OFDM符号每个子载波的功率谱大致呈抽样函数形 状，旁瓣的振荡衰减比较慢，所以导致OFDM符号的整个功 率谱带外辐射比较大 。
OFDM信号的功率谱密度
32个子载波的OFDM信号的功率谱密度
子载波个数为16、64和256的OFDM系统的PSD
r0
yN 1
rN 1
S/P
A/D
r (t )
一个OFDM系统较完整实现框图
3.4 带外功率辐射以及加窗技术
ts 0
OFDM信号的时域表达式（复包络）
s(t )
1 N
1
d N
i 0
N 1
i
exp j 2f i t rect(t T / 2)
是功率归一化因子。
OFDM符号的频域：
或
ts t ts T t ts t ts T
N 1 i s(t ) di exp j 2 (t t s ) rect(t t s T /2) T i 0
在接收端OFDM信号的正确恢复
d0
d1
串 /并
e j 2f 0 t
频率 传统的频分复用（FDM）多载波调制技术 节省频带资源 正交频分复用（OFDM）多载波调制技术
频率
t
f
OFDM符号内包括4个子载波的情况 OFDM系统中子信道符号的频谱示意图
3.2.2 OFDM系统的DFT/FFT实现
i s(t ) di exp j 2 t T i 0
或
N 1 s(t ) di exp j 2fi (t t s ) rect(t t s T /2) i 0
基带OFDM符号时间表示式为
N 1 i d exp j 2 ( t t ) i s s(t ) i 0 T 0
发送端： 接收端：
OFDM数据 OFDM数据 训练序列 训练序列 OFDM数据 OFDM数据
无保护间隔情形
发送端： 接收端：
OFDM数据 OFDM数据
训练序列 训练序列
OFDM数据 OFDM数据
加入保护间隔情形
加入循环前缀作为保护间隔的OFDM符号
复制 IFFT
保护 间隔
IFFT 输出 N
保护 间隔
1 N 1 t s T ik di exp j 2 (t t s ) dt t s T i 0 T
1, 1 T exp( jnt ) exp( jmt )dt 0 T 0,
mn mn
ˆ d d k k
FDM与OFDM带宽利用率的比较
可容忍的时延扩展： 200ns 带宽： <18MHz
解：
保护间隔： 200 4 800(ns)
OFDM符号长度： 800 6 4.8( s)
1 子载波间隔 ： 4.8 10 6 0.8 10 6 250 (kHz )
每个OFDM符号需要传送比特数：
25Mbit/s 120bit 1 / 4.8 μs
入保护比特所造成的信噪比损失有1dB左右。
（3）确定子载波的数量
子载波的数量可以直接利用-3dB带宽除以子载波间隔
（即去掉保护间隔之后的符号周期的倒数）得到。
或者，可以利用所要求的比特速率除以每个子信道中
的比特速率来确定子载波的数量。 每个子信道中传输的比特速率由调制类型、编码速率以 及符号速率来确定。 例： 要求设计系统满足如下条件： 比特率： 25Mbit/s
t kT / N (k 0,1,, N 1)
2ik sk s(kT / N ) di exp j N i 0
N 1
N 1
0 k N 1
1 x(n) X (k )e N k 0
N 1
j
2 nk N
3.3 OFDM的保护间隔和循环前缀
0.1和0.5的升余弦窗函数对OFDM系统功率谱密度的影响
3.5 OFDM的参数选择 在OFDM系统中，需要确定的参数有：符号周期、保 护间隔、子载波的数量。
（1）确定保护间隔 一般选择保护间隔的时间长度为时延扩展均方根值的
2～4倍。 （2）选择符号周期 一个OFDM符号总的时间长度由保护间隔和有用符 号持续时间（简称符号周期）构成。 一般选择符号周期长度至少是保护间隔长度的5倍。 可以计算在符号周期为保护间隔5倍的情况下，因插
升余弦窗函数定义
0.5 0.5 cos( t /( Ts )) w(t ) 1.0 0.5 0.5 cos((t T ) /( T )) s s 0 t Ts
Ts t Ts Ts t (1 )Ts
128子载波、滚降系数分别为0（矩形函数）、0.025、0.05、
OFDM系统基本模型框图
f i f c i / T i 0,1,, N 1
频带OFDM符号时间表示式为
N 1 di exp j 2fi (t t s ) s(t ) i 0 0
ts t ts T t ts t ts T
IFFT 时间
Ng 前一OFDM
后一OFDM
sN L sN 1
x0
CP
d (k )
S/P
星 座 射
x1
I
s0 sN L P/S
F F
T
D/A
s (t )
多径信道
xN 1
sN 1
rN L
n(t )
ˆ (k ) d
P/S
星 座 反 映 射
y0 y1
rN 1 CP
F F T
方案一 ： 选择16QAM和码率为1/2的编码方法。 每个子载波可以携带2bit的有用信息，因此，需要
60个子载波来满足每个符号120bit的传输速率。
方案二 ： 利用QPSK和码率为3/4的编码方法。
每个子载波可以携带1.5bit的有用信息，因此需要80个 子载波来传输。 80子载波就意味着带宽为
第3章 OFDM系统的基本原理 3.1 引言
数字调制系统有单载波调制系统与多载波调制系统之分。单 载波系统在数据传输速率不太高、多径干扰不是特别严重时，通 过使用合适的均衡算法可使系统正常工作。但是对于宽带数据业 务来说，由于数据传输速率较高，时延扩展造成数据符号间的相 互重叠，从而产生符号间干扰（ISI），这对均衡提出了更高的要 求，需要引入非常复杂的均衡算法，实现比较困难。 多载波调制(Multicarrier Modulation)采用多个载波信号。 它把数据流分解为若干个子数据流，从而使子数据流具有低得多 的传输比特速率，利用这些数据分别去调制若干个载波。所以， 在多载波调制信道中，数据传输速率相对较低，码元周期加长， 只要时延扩展与码元周期相比小于一定的比值，就不会造成码间 干扰。