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OFDM技术基本原理 ppt课件
To表示加窗前的符号周期，加窗后符号周期变为(1+β)To。
加窗技术(Windowing)
经过加窗处理后的OFDM符号
To TG T
TG
T
TG
To
加窗技术(Windowing)
• 加升余弦窗可以减小OFDM符号带外辐射 • 增大滚降系数，带外辐射功率下降越快（P31
Fig.2.20） • 增大滚降系数（滚降带的宽度越宽），会降低
OFDM基本参数的选择
系统子载波数N，每个子载波占用的带宽1/NTs，系统带宽 B=1/Ts，循环前缀长度NG，均为重要的设计参量。 CP长度应为OFDM符号的一小部分，以减小由于CP引入带来
的系统功率损失。由于CP长度直接与信道的最大时延扩展τmax 有关，通常OFDM符号长度NTs>> τmax，即子载波数N>>τmaxB。
GI
Data
GI
Data
Delayed path
GI(续)
由于多径传播的影响，子载波间不再保持正交，从而产生ICI, 因为FFT积 分区间内，延迟的SC2不具有整数倍的周期
Subcarrier1
ICI of SC2 on SC1
Delayed Subcarrier2
Guard Interval
FFT Integral Time
• 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
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原理课件
复用方法
OFDM技术采用多路复用方法，将多个低速子数据流按照一 定规则和顺序进行复用。常见的复用方法包括时分复用 (TDM)、码分复用(CDM)、频分复用(FDM)和空分复用 (SDM)等。
OFDM技术的解调原理
解调概述
OFDM技术的解调是将接收到的OFDM信号进行解调，提取出各个子载波上的低速子数据流，再经过并串转换 恢复成原始数据流。
解调过程
OFDM技术的解调过程中，首先对接收到的OFDM信号进行FFT（快速傅里叶变换）处理，得到各个子载波上 的低速子数据流。然后对各个子数据流进行解调，通常采用QAM或PSK等解调方式。最后进行串并转换，恢 复成原始数据流。
03
OFDM技术的关键技术
循环前缀的添加
循环前缀的概念
在OFDM系统中，将一个符号的尾部复制到该符号的头部，形成一个循环前缀。
OFDM技术在4G移动通信中的应用
总结词
移动、低复杂度
详细描述
在4G移动通信中，OFDM技术也得到了广泛的应用。由 于其具有较强的抗多径干扰能力和频谱利用率，同时又 具有较低的复杂度，使得4G移动通信可以提供更高的传 输速率和更稳定的通信服务。例如，HSPA+和LTE标准 都采用了OFDM技术来实现移动通信的传输。
02
随着数字化和集成电路技术的发展，OFDM技术逐渐被应用于
民用领域，并不断得到完善和发展。
应用
03
自20世纪90年代以来，OFDM技术在无线通信领域得到广泛
应用，成为现代无线通信技术中的重要支柱之一。
02
OFDM技术的基本原理
OFDM技术的调制原理
调制概述
调制是将信号从低频带搬移到高频带的过 程，使得信号能够沿着信道传输。 OFDM技术采用多载波调制方式，将高 速数据流分割为多个低速子数据流，在多 个正交子载波上并行传输。
OFDM技术采用多路复用方法，将多个低速子数据流按照一 定规则和顺序进行复用。常见的复用方法包括时分复用 (TDM)、码分复用(CDM)、频分复用(FDM)和空分复用 (SDM)等。
OFDM技术的解调原理
解调概述
OFDM技术的解调是将接收到的OFDM信号进行解调，提取出各个子载波上的低速子数据流，再经过并串转换 恢复成原始数据流。
解调过程
OFDM技术的解调过程中，首先对接收到的OFDM信号进行FFT（快速傅里叶变换）处理，得到各个子载波上 的低速子数据流。然后对各个子数据流进行解调，通常采用QAM或PSK等解调方式。最后进行串并转换，恢 复成原始数据流。
03
OFDM技术的关键技术
循环前缀的添加
循环前缀的概念
在OFDM系统中，将一个符号的尾部复制到该符号的头部，形成一个循环前缀。
OFDM技术在4G移动通信中的应用
总结词
移动、低复杂度
详细描述
在4G移动通信中，OFDM技术也得到了广泛的应用。由 于其具有较强的抗多径干扰能力和频谱利用率，同时又 具有较低的复杂度，使得4G移动通信可以提供更高的传 输速率和更稳定的通信服务。例如，HSPA+和LTE标准 都采用了OFDM技术来实现移动通信的传输。
02
随着数字化和集成电路技术的发展，OFDM技术逐渐被应用于
民用领域，并不断得到完善和发展。
应用
03
自20世纪90年代以来，OFDM技术在无线通信领域得到广泛
应用，成为现代无线通信技术中的重要支柱之一。
02
OFDM技术的基本原理
OFDM技术的调制原理
调制概述
调制是将信号从低频带搬移到高频带的过 程，使得信号能够沿着信道传输。 OFDM技术采用多载波调制方式，将高 速数据流分割为多个低速子数据流，在多 个正交子载波上并行传输。
《OFDM技术原理》课件
《OFDM技术原理》PPT 课件
本课程将介绍OFDM技术的原理和应用，以及与传统多载波调制技术的比较 和优势。了解OFDM技术的发展历程和未来趋势。
什么是OFDM技术
OFDM技术是一种多载波调制技术，通过将数据流分成多个子载波同时传输，提高通信的容量和抗干扰能力。
OFDM技术的原理和特点
OFDM技术的原理是将宽带信号分成多个窄带子载波，它具有高速率、高频 谱效率和抗多径衰落等特点。
OFDM技术在无线通信中应用广泛，可用于4G/5G移动通信、Wi-Fi网络和数字广播等领域，提供高速稳定的 数据传输。
பைடு நூலகம்
OFDM技术的发展趋势
OFDM技术在未来将继续发展，预计会在物联网、车联网以及5G通信等领域 发挥更重要的作用。
总结
OFDM技术是一种高效可靠的多载波调制技术，具有重要的意义和广阔的应 用前景，对未来通信技术的发展起着重要的推动作用。
传统多载波调制技术和OFDM 技术的对比
传统多载波调制技术与OFDM技术相比，OFDM技术具有更好的频谱利用率 和抗干扰能力，适应更广泛的信道环境。
OFDM技术中的子载波分配和调制方式
OFDM技术中的子载波分配和调制方式是根据信道的性质和需求进行选择，不同的分配和调制方式有各自的优 缺点。
OFDM技术应用
《OFDM通信系统》课件
OFDM通信系统
CONTENTS
• OFDM通信系统概述 • OFDM关键技术 • OFDM系统设计与实现 • OFDM性能分析 • OFDM通信系统的发展趋势与
挑战 • OFDM通信系统案例分析
01
OFDM通信系统概述
OFDM的定义与原理
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 成多个低速子数据流，然后在多个正 交子载波上并行传输。
要点二
详细描述
OFDM系统通过将多个用户的数据调制到不同的子载波上 ，实现了多用户并行通信，提高了频谱利用率。同时，通 过采用动态频谱分配和频谱感知等技术，OFDM系统能够 实现频谱共享，进一步提高了频谱利用率。此外，OFDM 系统还具有良好的频谱适应性，能够适应不同的频谱环境 和应用场景。
06
OFDM通信系统案例分析
详细描述
OFDM系统在接收端可以采用快速傅里叶变 换（FFT）算法进行信号处理，降低了对硬 件性能的要求，从而降低了功耗和成本。此 外，通过采用频谱感知和频谱共享等技术， OFDM系统能够进一步提高频谱利用率，减 少对频谱资源的浪费，进一步降低通信系统 的成本。
频谱资源与频谱共享
要点一
总结词
随着无线通信技术的发展，频谱资源变得越来越紧张， OFDM通信系统通过频谱共享技术，提高了频谱利用率。
VS
多径衰落
多径衰落是无线通信中常见的问题， OFDM通过引入循环前缀（CP）来对抗 多径干扰。循环前缀的长度应足够长，以 减小多径干扰的影响，同时也要考虑频谱 效率和系统复杂度之间的平衡。
抗干扰性能
干扰抑制
OFDM系统具有较强的抗干扰能力，通过频域信号处理技术，可以有效地抑制同频干 扰和邻频干扰。在存在干扰的情况下，可以通过优化子载波的分配和功率控制来提高系
CONTENTS
• OFDM通信系统概述 • OFDM关键技术 • OFDM系统设计与实现 • OFDM性能分析 • OFDM通信系统的发展趋势与
挑战 • OFDM通信系统案例分析
01
OFDM通信系统概述
OFDM的定义与原理
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 成多个低速子数据流，然后在多个正 交子载波上并行传输。
要点二
详细描述
OFDM系统通过将多个用户的数据调制到不同的子载波上 ，实现了多用户并行通信，提高了频谱利用率。同时，通 过采用动态频谱分配和频谱感知等技术，OFDM系统能够 实现频谱共享，进一步提高了频谱利用率。此外，OFDM 系统还具有良好的频谱适应性，能够适应不同的频谱环境 和应用场景。
06
OFDM通信系统案例分析
详细描述
OFDM系统在接收端可以采用快速傅里叶变 换（FFT）算法进行信号处理，降低了对硬 件性能的要求，从而降低了功耗和成本。此 外，通过采用频谱感知和频谱共享等技术， OFDM系统能够进一步提高频谱利用率，减 少对频谱资源的浪费，进一步降低通信系统 的成本。
频谱资源与频谱共享
要点一
总结词
随着无线通信技术的发展，频谱资源变得越来越紧张， OFDM通信系统通过频谱共享技术，提高了频谱利用率。
VS
多径衰落
多径衰落是无线通信中常见的问题， OFDM通过引入循环前缀（CP）来对抗 多径干扰。循环前缀的长度应足够长，以 减小多径干扰的影响，同时也要考虑频谱 效率和系统复杂度之间的平衡。
抗干扰性能
干扰抑制
OFDM系统具有较强的抗干扰能力，通过频域信号处理技术，可以有效地抑制同频干 扰和邻频干扰。在存在干扰的情况下，可以通过优化子载波的分配和功率控制来提高系
OFDM技术ppt课件
15
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
17
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。
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
17
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。
《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。
感谢观看
THANKS
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
LTE之OFDM原理介绍演示幻灯片
25
OFDM 信号的表示
设低通成型滤波器幅频响应是矩形窗
BfTN, |
传输的时域信0,号为|
f |N, 2T
f |N, 2T
或b(t)sincTNt
“*s ”( t) 表 示 N n 两 0 1 x 信n 号的 卷t 积n T N * s in c T N t N n 0 1 x n s in c T N t n .
高斯噪声条件下p接0 收信号 r(t) 为
p0
0tT 0pN1
rtstw t
21
数学描述
可求得子载波 k 的接收信号为
若 wY (t)=k0 (理T 1 想0 信Tr道t)，ex 则pY (k)j2 变为k ftdt
YkT10T N p01Xpexpj2pftexpj2kftdt
由当正k 遍交历性原0T1至理N p公N01X-式1，时p得，0T到可ex：得p到j2N个f（ t子p载k波） 上dt传输的Y信(k号)
• 有效利用了频谱， 可达到2bits/Hz
S
香农公式-信道容量：
C=Wlog2(1
) N
19
需要考虑的几个问题
相邻子载波间的频差有多少？(多普勒) 给定频带内能放置几个子载波？(效率) OFDM 时域符号长度为多少？(有效长度) OFDM 信号如何与现有调制方式相结合？
普通 FDM 系统
OFDM 系统
器
QAM: Quadrature Amplitude Modulation 正交幅度调制
9
OFDM 通信系统的基带模型
二进制 调制 信源 (如QAM)
对于均匀子载波间隔
fk k f, k 0 ,1 ,L ,N 1
二进制 解调 数据 (如QAM)
OFDM 信号的表示
设低通成型滤波器幅频响应是矩形窗
BfTN, |
传输的时域信0,号为|
f |N, 2T
f |N, 2T
或b(t)sincTNt
“*s ”( t) 表 示 N n 两 0 1 x 信n 号的 卷t 积n T N * s in c T N t N n 0 1 x n s in c T N t n .
高斯噪声条件下p接0 收信号 r(t) 为
p0
0tT 0pN1
rtstw t
21
数学描述
可求得子载波 k 的接收信号为
若 wY (t)=k0 (理T 1 想0 信Tr道t)，ex 则pY (k)j2 变为k ftdt
YkT10T N p01Xpexpj2pftexpj2kftdt
由当正k 遍交历性原0T1至理N p公N01X-式1，时p得，0T到可ex：得p到j2N个f（ t子p载k波） 上dt传输的Y信(k号)
• 有效利用了频谱， 可达到2bits/Hz
S
香农公式-信道容量：
C=Wlog2(1
) N
19
需要考虑的几个问题
相邻子载波间的频差有多少？(多普勒) 给定频带内能放置几个子载波？(效率) OFDM 时域符号长度为多少？(有效长度) OFDM 信号如何与现有调制方式相结合？
普通 FDM 系统
OFDM 系统
器
QAM: Quadrature Amplitude Modulation 正交幅度调制
9
OFDM 通信系统的基带模型
二进制 调制 信源 (如QAM)
对于均匀子载波间隔
fk k f, k 0 ,1 ,L ,N 1
二进制 解调 数据 (如QAM)
OFDM_讲义.ppt
3 Mar '11
COMP61232: Sectn 7
2
7.2 Review of single carrier modulation
• ‘Map to base-band’ at transmitter has ‘pulse shaping filter’.
• Generates sinc-like pulses of correct amplitude & polarity at right time.
carrier interference (ICI). • Also a danger of spectrum leaking outside the 20 MHz band. • Both these dangers may be avoided.
3 Mar '11
COMP61232: Sectn 7
volts
volts
..11101..
Excite Pulse-s filter
Pulse shaping filter
Map to base-band
b(t) Volts
t Multiply
t t
3 Mar '11
COMP61232: Sectn 7
3
‘Single carrier’ rec 7
f F+20
7
Multi- carrier modulation (IEEE802.11)
• Divide 20 MHz band into 64 sub-bands each 20 / 64 MHz. • Centre frequencies F+10/64, F+30/64, …, F+1270/64 MHz. • Modulating centre freq in each band with QPSK (0% RRC)
OFDM原理课件
02
OFDM关键技术
调制与解调
调制与解调是OFDM系统中的基本操作，通过将信号从基带 转换到高频载波，再从高频载波转换回基带，实现信号的频 谱搬移和复用。
在OFDM系统中，调制方式主要有QPSK、QAM等，解调方 式主要有相干解调、差分解调等。
子载波分配与编码
子载波分配是指将可用频谱划分成若干个子载波，并分配 给各个用户或信道使用。
MIMO-OFDM技术
将MIMO技术与OFDM技术相结合，可以在不增加频带宽度的情况下增加信道容量和频谱效率。在MIMOOFDM系统中，可以使用多种技术来降低多径衰落和干扰，如空间复用、空时编码、迭代干扰消除等。
05
OFDM技术实现与优化
基于FPGA的OFDM实现
FPGA芯片选择：Xilinx Virtex5或Intel Stratix 10
优化算法
利用优化算法，如梯度下降、遗传算法等，对系统参数进行 优化，提高系统性能和鲁棒性。
高效同步与信道估计策略
高效同步
采用高效的同步算法，如基于能量分布的同步、基于 循环前缀的同步等，实现快速同步和减小同步误差。
信道估计
通过估计信道特性，如时域响应、频域响应等，进行 信道补偿和优化，提高数据传输质量和可靠性。
傅里叶变换性质
傅里叶变换具有多种性质，例如对称性、可分离性、可结合 性等，这些性质可以简化信号的分析和处理过程。
子载波间干扰与频偏校正
子载波间干扰定义
在OFDM系统中，由于信号在传输过程中会发生频偏，导致子载波之间的干 扰，这种干扰被称为子载波间干扰。
频偏校正方法
为了消除子载波间干扰，需要进行频偏校正，通常采用频率同步或频率校准 方法来校正频偏。
高阶调制与高吞吐率OFDM
《OFDM通信系统》课件
原理简介
解释OFDM技术的原理， 包括将宽带信号分成多个 子载波、并行传输等。
主要性能指标
讨论衡量OFDM系统性能 的关键指标，如误码率、 带宽效率和抗多径衰落等。
2. 多径信道下的OFDM通信系统
1
调制与解调
介绍多径信道下OFDM系统的调制和解调方法，包括DCO-OFDM和ACO-OFDM等。
2
3 信道编码技术
解释OFDM系统中的信道编码技术，如LDPC码和Turbo码。
5. OFDM系统的应用
在数字电视广播中的 应用
介绍OFDM在数字电视广 播中的应用，提及DVB-T 和ATSC等数字电视标准。
在无线局域网络中的 应用
探讨OFDM在无线局域网 络中的应用，如IEEE 802.11a和IEEE 802.11n 等。
均衡技术
探讨在多径信道下对OFDM系统进行均衡的方法，如频域均衡和时域均衡。
3
信道估计方法
讲解在多径信道下进行OFDM系统的信道估计的方法，如导频插入法和最小二乘 法。
3. MIMO-OFDM通信系统
基本结构
信号处理方法
解释MIMO-OFDM系统的基本 结构，包括多天线发送和接收、 空时编码和解码等。
《OFDM通信系统》PPT 课件
欢迎学习《OFDM通信系统》PPT课件！本课件将介绍OFDM通信系统的概 述、多径信道下的OFDM通信系统、MIMO-OFDM通信系统、OFDM系统的 关键技术、OFDM系统的应用以及OFDM技术的发展和趋势。
1. 系统概述
基本组成部分
介绍OFDM通信系统的基 本组成部分，如调制器、 解调器、多载波发射机和 接收机等。
介绍MIMO-OFDM系统的信号 处理方法，包括空时码本设计 和波束赋形等。
OFDM课件
ski t ckit iTs e j 2f k t iTs
Ts为符号周期，N为子载波数目。 对具有相同块编号k的符号cki构成一个OFDM符号
si t
N / 21 k N / 2
ckit iTs e j 2f k t iTs
i
子载波-N/2 子载波-N/2+1
块
子载波-N/2+2
子载波N/2-1
电子工程学院
6
二、OFDM信号的生成
对应每路的数据速率为ri，所以，R= r-N/2 + r-N/2+1+ …+ rN/2-1。 码周期由原来的二进制的T0 =1/ R变为OFDM的T= T0 B。 对每路信号选择M-QAM等调制格式调制到对应的子载波上：
相干光OFDM（CO-OFDM）：这种形式的OFDM 信号和无线通信中的OFDM形式一样，不过光载波 替代RF载波。由于涉及到相干探测，对发送和接收 端的本振激光器要求很高。
电子工程学院
16
直接探测OFDM（DD-O-OFDM）：或称非费相干 光OFDM（IO-OFDM），由于发射端注入到光纤的 信号中包含光本振信号，在接收端直接由光电探测 器就可以将OFDM信号恢复到电域，因此接收端比 较简单。但是发射DD-O-OFDM信号中光本振信号 功率占很大比例；另外，光谱利用率也由于本振信 号的影响而降低。 • O-OFDM的应用： CO-OFDM主要用于远距离传输 DD-O-OFDM主要用于接入网，包括MMF、POF和 SMF链路，也有用于长距离传输。
电子工程学院
10
三、保护时间与循环前缀
•
当OFDM信号在多径衰落信道中传输时，会引起码间干扰 （ISI）。为了消除ISI，需要在OFDM的每个符号中插入保 护时间，只要保护时间大于多径时延扩展，则多径就不会引 起相邻符号间的干扰。 如果保护时间内不发送信号，多经效应使FFT积分时间内两 个子载波的周期不再是整数倍，从而子载波不能保持相互正 交，引起载波间干扰（ICI）。如下图所示。
Ts为符号周期，N为子载波数目。 对具有相同块编号k的符号cki构成一个OFDM符号
si t
N / 21 k N / 2
ckit iTs e j 2f k t iTs
i
子载波-N/2 子载波-N/2+1
块
子载波-N/2+2
子载波N/2-1
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二、OFDM信号的生成
对应每路的数据速率为ri，所以，R= r-N/2 + r-N/2+1+ …+ rN/2-1。 码周期由原来的二进制的T0 =1/ R变为OFDM的T= T0 B。 对每路信号选择M-QAM等调制格式调制到对应的子载波上：
相干光OFDM（CO-OFDM）：这种形式的OFDM 信号和无线通信中的OFDM形式一样，不过光载波 替代RF载波。由于涉及到相干探测，对发送和接收 端的本振激光器要求很高。
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直接探测OFDM（DD-O-OFDM）：或称非费相干 光OFDM（IO-OFDM），由于发射端注入到光纤的 信号中包含光本振信号，在接收端直接由光电探测 器就可以将OFDM信号恢复到电域，因此接收端比 较简单。但是发射DD-O-OFDM信号中光本振信号 功率占很大比例；另外，光谱利用率也由于本振信 号的影响而降低。 • O-OFDM的应用： CO-OFDM主要用于远距离传输 DD-O-OFDM主要用于接入网，包括MMF、POF和 SMF链路，也有用于长距离传输。
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10
三、保护时间与循环前缀
•
当OFDM信号在多径衰落信道中传输时，会引起码间干扰 （ISI）。为了消除ISI，需要在OFDM的每个符号中插入保 护时间，只要保护时间大于多径时延扩展，则多径就不会引 起相邻符号间的干扰。 如果保护时间内不发送信号，多经效应使FFT积分时间内两 个子载波的周期不再是整数倍，从而子载波不能保持相互正 交，引起载波间干扰（ICI）。如下图所示。
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将信道分成N个子信道，每个子信道上一个载波，称为 子载波，各个子载波之间相互正交。实现时，将一路高速 串行输入的数据信号流转换成N路并行的低速子数据流，调 制到每个子载波上进行传输。
4
Real Part of Complex Exponential Time Series: Integer Number of Cycles per Interval
Absorbs multipath components.
20
OFDM time frequency representation
21
4、OFDM的FFT实现
如果不考虑保护时间，那么OFDM信号可以表示为
s
m
(t
)
Re
N
1
d
(n)e
j
2f n t
Re
X (t)e j2fct
10
2、OFDM的特点
• 正交信号可以通过在接收端采用相关技术分离，这样可以减 少子信道之间的相互干扰；
• 通过把信道分成多个带宽很窄的子信道，可以使OFDM系统比 单载波系统具有更强的抗频率选择性衰落的能力，减少突发 错；原因是，对于每一个子信道而言，遭受的是平坦衰落；
• 与采用自适应均衡的单载波系统相比，OFDM系统的信道均衡 更简单；
dt
0 n0
n0
0
TN
d
(n)
0
mn mn
17
Adjacent Symbol Interference (ASI) Symbol Smearing Due to Channel
18
Guard Interval Inserted Between Adjacent Symbols to Suppress ASI
19
Cyclic Prefix Inserted in Guard Interval to Suppress Adjacent Channel Interference (ACI)
A copy of the signal tail (length TG) is inserted at the beginning of each OFDM symbol.
=
11
Example: Splitting of a broadband channel into N=32 subcha
„narrowband“
subchannel
0dB
10dB
20dB
30dB
f
Each subcarrier is flat faded. Channel influence can be described by a complex valued factor for each subcarrier
• 与单载波系统相比，OFDM系统对频偏和频漂更敏感。
FDM
OFDM
13
OFDM Modulator
14
OFDM Demodulator
15
OFDM is a Block Process
16
发端：串/并变换后N路并行数据同时输出，分别调制
在N个子载波上。N个子载波可以表示为
n
fn
fc
TN
n 0 ，1，2 ， , (N 1)
则第m时刻的一个OFDM信号可以表示为
sm (t)
Re
N
1
d
(n)e
j 2fnt
t [0,T ]
n0
收端：采用混频后积分清洗的方式对各子载波解调。
dˆ(m)
TN
N 1 d (n)e
j 2fnt
e
j 2fmt
dt
N 1
TN
d(n) e
j 2 ( nm )t TN
7
OFDM系统子载波正交特性
在中心频率时振幅达到峰值，而在此频率的整数倍时 振幅为零。
8
Processing steps
9
Power and Bandwidth of OFDM
Power
bandwidth
frequency
The throughput is the sum of the data rates of each individual (or used) tones while the power is distributed to all used tones
5
Imaginary Part of Complex Exponential Time Series: Integer Number of Cycles per Interval
6
Spectra Of Complex Exponential Time Series: Integer Number of Cycles per Interval
2
3、MCM的实现方式
多音实现的MCM（Multitone Realization MCM） ——主要用于有线传输系统 正交频分复用的MCM（OFDM） ——主要用于无线传输系统 多载波码分复用MCM（MC-CDMA） ——主要用于扩频通信系统
3
OFDM
1、OFDM的基本思想
OFDM ：Orthogonal Frequency Division Multiplexing， 正交频分复用。
1
2、MCM的意义 时间弥散（时延扩展，time delay spread）： 移动信道中，由于存在多条不同距离的传播路径，使 发送端发送的一个脉冲，到达接收端时却是多个不同时延 脉冲在时间轴上的叠加。 将最大时延与最小时延的差值称为时延扩展，记为。 若发送的脉冲宽度为Ts，则接收脉冲的宽度为： Ts + 。 时延扩展将导致ISI，并且码间串扰的严重程度与/Ts成正 比。 多载波调制可以降低信道传输的符号速率，即增加Ts，因 此可以有效地减小甚至消除码间串扰。
多载波调制
1、多载波调制(MCM)的基本思想
MCM：Multi-Carrier Modulation，将待传输的数据流分解成M个子数 据流，每个子数据流的传输速率降为原数据流的1/M，然后用这些子
数据流去并行调制M个载波。
cos2f1t
{ak}
串/并 变换
+
cos2f2t
SMCM(t)
cos2fMt
12
• 由于每个子载波之间相互正交，所以每个子载波的频带之间互相重叠， 可以获得很高的频带效率，这也是OFDM技术区别于FDM技术的本质 。
• 由于OFDM信号是由多个不同频率，不同振幅，不同相位的信号相互 叠加的结果，因此，具有很高的峰平功率比（PAPR），这就要求RF 功率放大器要有较大的动态范围。
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Real Part of Complex Exponential Time Series: Integer Number of Cycles per Interval
Absorbs multipath components.
20
OFDM time frequency representation
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4、OFDM的FFT实现
如果不考虑保护时间，那么OFDM信号可以表示为
s
m
(t
)
Re
N
1
d
(n)e
j
2f n t
Re
X (t)e j2fct
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2、OFDM的特点
• 正交信号可以通过在接收端采用相关技术分离，这样可以减 少子信道之间的相互干扰；
• 通过把信道分成多个带宽很窄的子信道，可以使OFDM系统比 单载波系统具有更强的抗频率选择性衰落的能力，减少突发 错；原因是，对于每一个子信道而言，遭受的是平坦衰落；
• 与采用自适应均衡的单载波系统相比，OFDM系统的信道均衡 更简单；
dt
0 n0
n0
0
TN
d
(n)
0
mn mn
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Adjacent Symbol Interference (ASI) Symbol Smearing Due to Channel
18
Guard Interval Inserted Between Adjacent Symbols to Suppress ASI
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Cyclic Prefix Inserted in Guard Interval to Suppress Adjacent Channel Interference (ACI)
A copy of the signal tail (length TG) is inserted at the beginning of each OFDM symbol.
=
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Example: Splitting of a broadband channel into N=32 subcha
„narrowband“
subchannel
0dB
10dB
20dB
30dB
f
Each subcarrier is flat faded. Channel influence can be described by a complex valued factor for each subcarrier
• 与单载波系统相比，OFDM系统对频偏和频漂更敏感。
FDM
OFDM
13
OFDM Modulator
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OFDM Demodulator
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OFDM is a Block Process
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发端：串/并变换后N路并行数据同时输出，分别调制
在N个子载波上。N个子载波可以表示为
n
fn
fc
TN
n 0 ，1，2 ， , (N 1)
则第m时刻的一个OFDM信号可以表示为
sm (t)
Re
N
1
d
(n)e
j 2fnt
t [0,T ]
n0
收端：采用混频后积分清洗的方式对各子载波解调。
dˆ(m)
TN
N 1 d (n)e
j 2fnt
e
j 2fmt
dt
N 1
TN
d(n) e
j 2 ( nm )t TN
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OFDM系统子载波正交特性
在中心频率时振幅达到峰值，而在此频率的整数倍时 振幅为零。
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Processing steps
9
Power and Bandwidth of OFDM
Power
bandwidth
frequency
The throughput is the sum of the data rates of each individual (or used) tones while the power is distributed to all used tones
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Imaginary Part of Complex Exponential Time Series: Integer Number of Cycles per Interval
6
Spectra Of Complex Exponential Time Series: Integer Number of Cycles per Interval
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3、MCM的实现方式
多音实现的MCM（Multitone Realization MCM） ——主要用于有线传输系统 正交频分复用的MCM（OFDM） ——主要用于无线传输系统 多载波码分复用MCM（MC-CDMA） ——主要用于扩频通信系统
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OFDM
1、OFDM的基本思想
OFDM ：Orthogonal Frequency Division Multiplexing， 正交频分复用。
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2、MCM的意义 时间弥散（时延扩展，time delay spread）： 移动信道中，由于存在多条不同距离的传播路径，使 发送端发送的一个脉冲，到达接收端时却是多个不同时延 脉冲在时间轴上的叠加。 将最大时延与最小时延的差值称为时延扩展，记为。 若发送的脉冲宽度为Ts，则接收脉冲的宽度为： Ts + 。 时延扩展将导致ISI，并且码间串扰的严重程度与/Ts成正 比。 多载波调制可以降低信道传输的符号速率，即增加Ts，因 此可以有效地减小甚至消除码间串扰。
多载波调制
1、多载波调制(MCM)的基本思想
MCM：Multi-Carrier Modulation，将待传输的数据流分解成M个子数 据流，每个子数据流的传输速率降为原数据流的1/M，然后用这些子
数据流去并行调制M个载波。
cos2f1t
{ak}
串/并 变换
+
cos2f2t
SMCM(t)
cos2fMt
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• 由于每个子载波之间相互正交，所以每个子载波的频带之间互相重叠， 可以获得很高的频带效率，这也是OFDM技术区别于FDM技术的本质 。
• 由于OFDM信号是由多个不同频率，不同振幅，不同相位的信号相互 叠加的结果，因此，具有很高的峰平功率比（PAPR），这就要求RF 功率放大器要有较大的动态范围。