移动通信第3章 OFDM系统基本原理
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的基本原理剖析
OFDM的基本原理剖析OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用）是一种多载波调制技术，常用于现代通信系统如无线局域网（WiFi）、移动通信系统（LTE、5G等）中。
下面将对OFDM的基本原理进行剖析。
1.数据分割：将要传输的数据流按照一定规则进行分割，生成一系列小块的数据。
2.填充和映射：对每个小块的数据进行填充，使其长度与子载波数目相等。
然后，将每个小块的数据映射到对应的频分复用子载波上。
3.进行IFFT变换：对每个子载波上的数据进行逆离散傅里叶变换（IFFT），将频域上的信号转换到时域上。
4.加入循环前缀：为了抵消多径信道引起的符号间干扰，对每个时域上的符号加入循环前缀，即将符号的一部分复制到符号末尾。
5.多载波调制：将每个子载波调制成对应的频带信号。
6.并行发送：将所有子载波的信号合并，并通过不同的天线或发射机发送。
7.接收端：接收端通过多个天线或接收机接收信号，并进行频率和相位补偿等处理。
8.串行接收：将接收的信号进行拆分，得到各个子载波的信号。
9.移除前缀和FFT变换：移除每个子载波的循环前缀，并进行离散傅里叶变换（FFT），将时域上的信号转换到频域上。
10.解调和解映射：对每个子载波的信号进行解调和解映射，获取原始数据。
11.数据重组：将解调和解映射得到的数据进行合并，恢复原始数据流。
OFDM技术优点如下：-高频谱利用率：通过将数据流分成多个独立子流，并在频域上进行正交调制，可以充分利用频谱资源。
-高抗干扰性能：由于子载波之间正交，OFDM系统对多路径引起的符号间干扰具有较高的抗干扰性能。
-低传输延迟：每个子载波的传输速率较低，传输延迟相对较低。
-易于频率均衡：OFDM系统可以通过改变子载波的功率分配来实现频率均衡，减少频率衰减引起的性能损失。
总结：OFDM技术通过将高速数据流分解为多个低速子流，并在频域上进行正交频分复用，实现了高频谱利用率、高抗干扰性能和低传输延迟。
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的基本原理剖析
OFDM的基本原理剖析1 从FDM到OFDM早期发展的无线网络或移动通信系统，是使用单载波调制(Single-carrier Modulation)技术，单载波调制是将要传送的信号(语音或数据)，隐藏在一个载波上，再藉由天线传送出去。
信号若是隐藏于载波的振幅，则有AM、ASK调制系统；信号若是隐藏于载波的频率，则有FM、FSK调制系统；信号若是隐藏于载波的相位，则有PM、PSK调制系统。
使用单载波调制技术的通讯系统，若要增加传输的速率，所须使用载波的带宽必须更大，即传输的符元时间长度(Symbol Duration)越短，而符元时间的长短会影响抵抗通道延迟的能力。
若载波使用较大的带宽传输时，相对的符元时间较短，这样的通讯系统只要受到一点干扰或是噪声较大时，就可能会有较大的误码率(Bit Error Ratio, BER)。
为降低解决以上的问题，因此发展出多载波调制(Multi-carrier Modulation)技术，其概念是将一个较大的带宽切割成一些较小的子通道(Subchannel)来传送信号，即是使用多个子载波(Subcarrier)传来送信号，利用这些较窄的子通道传送时，会使子通道内的每一个子载波的信道频率响应看似平坦，这就是分频多任务(Frequency Division Multiplexing, FDM)观念。
因为带宽是一个有限的资源，若频谱上载波可以重迭使用，那就可以提高频谱效率(Spectrum Efficiency,η)，所以有学者提出正交分频多任务(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM)的技术架构。
FDM与OFDM两者最大的差异，在OFDM系统架构中每个子信道上的子载波频率是互相正交，所以频谱上虽然重迭，但每个子载波却不受其他的子载波影响。
图1FDM与OFDM频谱FDM和OFDM频谱互相比较，如图1所示，OFDM所须的总带宽较小，倘若可以提供的载波总带宽是固定的，则OFDM系统架构将可以使用更多的子载波，使得频谱效率增加，提高传输量，而能应付高传输量需求的通讯应用。
OFDM调制的过程及原理解释-个人笔记
1.OFDM调制/解调1.1. 概述1.1.1.OFDM调制基本原理如图OFDM调制的过程就是将待发送的多个数据分别与多路子载波相乘合成基带复信号s(t)的过程，而OFDM解调的过程就是由复信号s(t)求解傅立叶系数的过程。
复信号s(t)是时域信号，而傅立叶系数就是频域的数据。
需要明确的是：对于OFDM调制来讲，输入的数据是频域数据，而输出是S(t)就是时域数据；对于OFDM解调来讲，输入的s(t)是时域信号，而输出的数据就是频域数据。
当使用IDFT/DFT实现OFDM调制/解调的时候，IDFT 的输入是频域数据，输出是时域数据；DFT的输入是时域数据，输出是频域数据。
基于快速离散傅里叶变换的产生和接收OFDM信号原理：在发射端，输入速率为Rb 的二进制数据序列先进行串并变换，将串行数据转化成N个并行的数据并分配给N个不同的子信道，此时子信道信号传输速率为Rb/N。
N路数据经过编码映射成N个复数子符号Xk。
(一个复数子符号对应速率为Rb的一路数据)随后编码映射输出信号被送入一个进行快速傅里叶逆变换IFFT的模块，此模块将频域内N个复数子符号Xk变换成时域中2N个实数样值Xk。
（两个实数样值对应1个复数子符号，即对应速率为Rb的一路数据）由此原始数据就被OFDM按照频域数据进行处理。
计算出的IFFT变换之样值，被一个循环前缀加到样值前，形成一个循环扩展的OFDM信息码字。
此码字在此通过并串变换，然后按照串行方式通过D/A和低通滤波器输出基带信号，最后经过上变频输出OFDM信号。
1.1.2.OFDM的优缺点1.1.2.1. OFDM优点1.1.2.1.1.频谱效率高由于FFT处理使各个子载波可以部分重叠，因为理论上可以接近乃奎斯特极限。
以OFDM为基础的多址技术OFDMA（正交频分多址）可以实现小区内各用户之间的正交性，从而避免用户间干扰。
这使OFDM系统可以实现很高的小区容量。
1.1.2.1.2.带宽扩展性强由于OFDM系统的信号带宽取决于使用的子载波数量，因此OFDM系统具有很好的带宽扩展性。
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的基本原理 QAM
图 1.2 CP 示意图 OFDM“符号” （symbol）是一个容易产生歧义的概念。在多数 OFDM 文献中，OFDM “符号”指的是调制信息序列 X ( N ) ，而 X ( N ) 的各分量（即各子载波上的调制信息）也 用“符号” （symbol）表示。为避免这种混乱，我们将 X ( N ) 连同循环前缀称为 OFDM“帧 符号” ，简称“符号” ，称 X ( N ) 的分量为“帧内符号” 。OFDM 文献中的符号间干扰（ISI） 指的是帧符号间的干扰， 具体是指除去循环前缀后的帧符号间的干扰， 同样符号同步也是指 帧符号同步。这样与 OFDM 文献中的名称基本一致，而又不会引起误解。
N −1 N −1
= ∑ X ( j )∑ exp( j 2πf j n / f s ) exp(− j 2πnk / N )
j =0
N −1
= ∑ X ( j )δ(
j =0
N −1
fj fs
−
k ) N
（1.2.5）
其中
0, δ(m, n) = 1,
m≠n m=n
观察上式可以发现，当多载波已调信号的频率
2 (1 + j ) 。为叙述方便，在只需研究一个多载波信 2
号码元的时候，常常省略码元标号 i ；而当子载波采用普通（没有采用波形形成）的 QAM 或 MPSK 调制时， X i ( k , t ) 与 t 无关，从而将 X i ( k , t ) 简写成 X ( k ) ，根据上下文这样不会 产生歧义。按上述约定， （1.2.1）式可以写成
fk =
kf s N
（1.2.6）
时，就有 S ( k∆f ) = CX ( k ) ，其中 C 为常数，就是说当各子载波的频率为解调用的 DFT 分 辨率整数倍时，可以用 DFT 对信号完成解调。从以上分析可知，为保证正确解调， X ( k ) 在 一个码元间隔内保持为常数是必要的，如果子载波的 QAM 或 MPSK 调制采用了波形形成 技术，如采用余弦滚降波形，采用 DFT 解调时还要作专门的处理。 由以上分析，当各子载波的频率为解调用的 DFT 分辨率整数倍时，可以用 DFT 对多载 波已调抽样信号完成解调。特别地，当子载波的频率间隔为 f s / N 时，由式（1.2.4）有
ofdm基本原理
ofdm基本原理OFDM基本原理。
OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）是一种多载波调制技术，它在无线通信系统中得到了广泛的应用。
它的基本原理是将高速数据流分成多个低速数据流，然后分别通过不同的载波进行传输。
在接收端，将这些低速数据流重新合并成高速数据流。
OFDM技术在抗多径衰落、抗频率选择性衰落、抗窄带干扰等方面具有很强的优势，因此被广泛应用于4G、5G等无线通信系统中。
OFDM技术的基本原理包括以下几个方面：1. 子载波间正交性。
在OFDM系统中，将高速数据流分成多个低速数据流后，每个低速数据流都分配给一个子载波进行传输。
为了避免不同子载波之间的干扰，要求这些子载波之间是正交的。
这意味着它们的频率间隔必须是整数倍的倒数，以确保它们在频域上不会相互干扰。
2. 载波间隔选择。
在OFDM系统中，选择合适的载波间隔对于系统性能至关重要。
合适的载波间隔可以有效地降低子载波之间的干扰，提高系统的容量和鲁棒性。
一般来说，载波间隔越大，系统的容量越大，但同时也会增加系统的复杂度。
3. 多径衰落的处理。
在无线通信系统中，由于信号在传播过程中会受到多径传播的影响，导致接收端收到的信号存在时延扩展和频率选择性衰落。
OFDM技术通过将高速数据流分成多个低速数据流并分别传输，可以有效地抵抗多径衰落的影响，提高系统的抗干扰能力。
4. 频谱利用效率高。
由于OFDM技术将高速数据流分成多个低速数据流并分别传输，因此可以充分利用频谱资源，提高系统的频谱利用效率。
这对于无线通信系统来说是非常重要的，特别是在频谱资源紧张的情况下。
5. 抗干扰能力强。
由于OFDM技术将高速数据流分成多个低速数据流并分别传输，因此可以在一定程度上抵抗窄带干扰。
这对于提高系统的抗干扰能力具有重要意义。
综上所述，OFDM技术通过将高速数据流分成多个低速数据流并分别传输，利用子载波间的正交性和合适的载波间隔，有效地处理多径衰落，提高频谱利用效率和抗干扰能力，因此在无线通信系统中得到了广泛的应用。
《OFDM通信系统》课件
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载波传输原理
ofdm载波传输原理OFDM（正交频分复用）是一种用于无线通信的调制技术，它将高速数据流分成多个低速子流进行传输。
OFDM的基本原理是将原始数据流分成多个小数据流，并将这些小数据流分配到不同的子载波上进行传输。
每个子载波都具有不同的频率和相位，使得它们之间互相正交，从而避免了频率干扰和串扰。
OFDM的载波传输原理可以通过以下几个步骤来描述。
首先，原始数据流被分成多个小数据流。
这个过程称为并行-串行转换（P/S转换）。
然后，每个小数据流被调制到一个子载波上。
这个过程称为调制。
调制将数字数据转换成模拟信号，以便能够在无线信道上传输。
接下来，将所有的子载波合并成一个OFDM信号。
这个过程称为并行-串行转换（S/P转换）。
最后，OFDM信号通过天线传输到接收端。
在接收端，OFDM信号经过串行-并行转换（S/P转换）后，可以将子载波分离出来。
然后，每个子载波上的数据被解调，将模拟信号转换回数字信号。
这个过程称为解调。
解调后的数据通过并行-串行转换（P/S转换）后，恢复成原始数据流。
OFDM的载波传输原理的关键在于子载波之间的正交性。
子载波之间的正交性使得它们之间的干扰最小化，从而提高了系统的传输效率和抗干扰能力。
此外，OFDM还具有频谱利用率高、抗多径衰落和抗频率选择性衰落等优点，使其成为现代无线通信系统中广泛采用的调制技术之一。
OFDM的载波传输原理在实际应用中有广泛的应用。
例如，OFDM 被用于Wi-Fi、LTE和5G等无线通信系统中。
在Wi-Fi系统中，OFDM被用于将数据传输到无线设备，以提供高速的互联网接入。
在LTE和5G系统中，OFDM被用于将数据传输到移动设备，以提供高速的移动通信服务。
总的来说，OFDM的载波传输原理是一种高效的无线通信调制技术，通过将原始数据流分成多个子载波进行传输，提高了系统的传输效率和抗干扰能力。
OFDM在现代无线通信系统中有广泛的应用，成为实现高速无线通信的重要技术之一。
《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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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
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技术的基本原理(论文)
OFDM技术的基本原理（论文）OFDM技术的基本原理现代社会对通信的依赖和要求越来越高，于是设计和开发效率更高的通信系统就成了通信工程界不断追求的目标。
通信系统的效率，说到底就是频谱利用率和功率利用率。
特别是在无线通信的情况下，对这两个指标的要求往往更高，尤其是频谱利用率。
由于空间可用频谱资源是有限的，而无线应用却越来越多，使得无线频谱的使用受到各国政府的严格管理并统一规划。
于是，各种各样的具有较高频谱效率的通信技术不断被开发出来，OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）是目前已知的频谱利用率最高的一种通信系统，它将数字调制、数字信号处理、多载波传输等技术有机结合在一起，使得它在系统的频谱利用率、功率利用率、系统复杂性方面综合起来有很强的竞争力，是支持未来移动通信特别是移动多媒体通信的主要技术之一。
OFDM是一种多载波传输技术，N个子载波把整个信道分割成N个子信道，N个子信道并行传输信息。
OFDM系统有许多非常引人注目的优点。
第一，OFDM具有非常高的频谱利用率。
普通的FDM系统为了分离开各子信道的信号，需要在相邻的信道间设置一定的保护间隔（频带），以便接收端能用带通滤波器分离出相应子信道的信号，造成了频谱资源的浪费。
OFDM系统各子信道间不但没有保护频带，而且相邻信道间信号的频谱的主瓣还相互重叠（见图1.5），但各子信道信号的频谱在频域上是相互正交的，各子载波在时域上是正交的，OFDM系统的各子信道信号的分离（解调）是靠这种正交性来完成的。
另外，OFDM 的个子信道上还可以采用多进制调制（如频谱效率很高的QAM），进一步提高了OFDM系统的频谱效率。
第二，实现比较简单。
当子信道上采用QAM或MPSK调制方式时，调制过程可以用IFFT完成，解调过程可以用FFT完成，既不用多组振荡源，又不用带通滤波器组分离信号。
第三，抗多径干扰能力强，抗衰落能力强。
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。
LTE_OFDM_基本原理
LTE_OFDM_基本原理LTE（Long Term Evolution）是一种移动通信技术，采用OFDM （Orthogonal Frequency Division Multiplexing）基本原理进行数据传输。
本文将介绍LTE和OFDM的基本原理，并详细解释LTE中OFDM的工作机制，以及OFDM在LTE中的应用。
LTE是一种第四代移动通信技术，它旨在提供更高的数据传输速率、更低的时延、更好的频谱利用率和更好的系统容量。
LTE使用OFDM技术来实现这些目标。
OFDM是一种多载波调制技术，通过将高速数据流划分为多个低速子载波，以提高传输效率。
下面将详细介绍OFDM的基本原理。
OFDM将信号分成许多子载波，每个子载波单独进行调制和传输。
这些子载波之间是正交的，即彼此之间没有干扰。
这是通过将子载波之间的频率间隔设置为其倒数的整数倍来实现的。
这种正交特性使得OFDM能够有效地抵抗多径传播和频率选择性衰落的影响。
OFDM的工作原理如下：首先，将输入信号进行FFT（Fast Fourier Transform）变换，将时域信号转换为频域信号。
然后，将频域信号分配到不同的子载波上，并通过相应的调制技术（如QAM）对每个子载波进行调制。
最后，通过并行地将所有子载波叠加在一起，形成OFDM符号，并通过天线发送。
在LTE中，OFDM被广泛应用于物理层数据传输。
LTE将频谱划分为小的频带，每个频带称为子载波。
每个子载波都有自己的调制和编码参数，可以根据信道条件和需求进行调整。
这种灵活的调制和编码方式使得LTE能够适应不同的信道条件，并提供高速率的数据传输。
LTE中的OFDM系统具有以下特点：首先，它使用小的子载波间隔，以便能够适应频率选择性衰落。
其次，它采用了一种特殊的循环前缀技术，该技术在每个OFDM符号之前插入了一段与OFDM符号相同的前缀，以抵消多径传播带来的干扰。
第三，它采用了多天线技术，如MIMO（Multiple-Input Multiple-Output），以提高系统的容量和可靠性。
第三章 调制技术(2)QAM及OFDMPPT课件
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11
第3章 新型数字带通调制技术
实例：在下图中示出一种用于调制解调器的传输速率 为9600 b/s的16QAM方案，其载频为1650 Hz，滤波器 带宽为2400 Hz，滚降系数为10％。
A
2400
1011 1001 1110 1111 1010 1000 1100 1101 0001 0000 0100 0110
经推导，需满足：
si n1 (0)Ts 0
即：
f1f0 n/2Ts
所以，对于相干接收，保证正交的2FSK信号的最小频率间隔等于 1 / 2Ts。
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14
第3章 新型数字带通调制技术
3.2.2 MSK信号的基本原理
MSK信号的频率间隔
MSK信号的第k个码元可以表示为
sk(t)cosst(a 2T ks tk) (k1)Ts tkT s
码组间的正交性 ——可用互相关系数来描述。
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2
第3章 新型数字带通调制技术
3.1 正交振幅调制(QAM)
对于多进制数字调制MPSK和MDPSK，带宽占用小， 信噪比要求低，为人们所喜爱，但是，在MPSK体制中， 随着M的增大，相邻相位的距离越来越小，噪声容限随之 减小，误码率难以保证。为了改善在M大时的噪声容限， 发展了QAM体制。
从载波周期上看： 无论两个信号频率f1和f0等于何值，这两种码元包含的正 弦波数均相差1/2个周期。 例如:对于比特“1”和“0”，一个码元持续时间内分别有2 个和1.5个正弦波周期。（见下图）
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17
第3章 新型数字带通调制技术
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第3章 新型数字带通调制技术
3.1 OFDM 基本原理[共2页]
![3.1 OFDM 基本原理[共2页]](https://img.taocdn.com/s3/m/e2ec4eb11ed9ad51f11df2b7.png)
OFDM 与宽带单载波传输
本章将对 3GPP LTE 中用到的正交频分复用（OFDM，Orthogonal Frequency Division Multiplexing）和宽带单载波传输技术进行详细介绍。对于 OFDM 而言，熟悉通信发展的读 者都知道，该技术已在很多系统中进行了应用，例如，WiMAX 和数字视频广播（DVB，Digital Video Broadcast）技术等。
3.1的基本特征如下。 （1）OFDM 传输使用大量的窄带子载波。在传统的直接多载波传输系统中，通常包括较 少的子载波，而每个子载波的带宽相对较大。例如，WCDMA 多载波方案中，其带宽演进到 20MHz，这 20MHz 的带宽包括 4 个子载波，每个子载波的带宽为 5MHz。而对于 OFDM 传 输而言，通常它包括近百个子载波。 （2）对于 OFDM 而言，其时域采用矩形脉冲来成形，如图 3.1（a）所示。其对应的单载 波频谱为 sinc 平方函数，如图 3.1（b）所示。
图 3.1 OFDM 子载波时域脉冲及其频谱
（3）子载波的频率间隔为 f 1/ Tu ，其中 Tu 是每个子载波的调制符号时间，如图 3.2 所 示。子载波间隔等于每个子载波调制速率（1/ Tu ）。
OFDM 的基本调制过程如图 3.3 所示。从图中可以看出，它包括 Nc 个复调制器，其中每 个调制器对应一个 OFDM 子载波。 50
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第3章 OFDM系统的基本原理
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
保护 IFFT
间隔
时间
后一OFDM
sN L
sN 1 CP
x0
d (k )
星 x1 I
座
F
S/P 映 F
s0 sN L P/S
s (t )
D/A
多径信道
射
T
xN 1
sN 1
n(ห้องสมุดไป่ตู้)
dˆ (k )
星
座
P/S
反 映
射
y0 y1
F
F T
yN 1
rN L
rN 1 CP
r0
S/P
i T
(t
ts
) rect (t
ts
T/ 2)
在接收端OFDM信号的正确恢复
d0
e j 2f0t
d1
串/并
e j 2f1t +
d e N 1
j 2f N1t
s(t) 信道
e j 2f0t e j 2f1t
积分 积分
e j 2f N1t
积分
~ d0 ~ d1
经过加窗处理后的OFDM符号示意图
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。
1 N
N 1
diTSa ( ( f fi )T
i0
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
rN 1
r(t)
A/D
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
N 1
di
i0
exp j2fitrect(t T/ 2)
1 是功率归一化因子。
N
OFDM符号的频域：
s( f ) 2
发送端： OFDM数据 训练序列 OFDM数据 接收端： OFDM数据 训练序列 OFDM数据
无保护间隔情形
发送端： OFDM数据 训练序列 OFDM数据
接收端： 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的OFDM符号
复制
IFFT 保护
间隔
IFFT 输出
Ng
N
前一OFDM
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 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。
3.2 OFDM系统的基本模型 3.2.1 OFDM系统的调制和解调
d0
e j 2f0t
d1
串/并
e j 2f1t
+
d e N 1
j 2f N1t
s (t )
信道
e j 2f0t e j 2f1t
积分 积分
e j 2f N1t
积分
~ d0 ~ d1
并/串
d~N 1
OFDM系统基本模型框图
升余弦窗函数定义
0.5 0.5cos( t /(Ts ))
w(t) 1.0
0.5 0.5cos((t Ts ) /(Ts ))
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、 0.1和0.5的升余弦窗函数对OFDM系统功率谱密度的影响
fi fc i / T i 0,1, , N 1
频带OFDM符号时间表示式为
s(t)
N 1 i0
di
exp
j2fi
(t
t
s
)
0
ts t ts T t ts t ts T
或
s(t)
N1
di
exp
j
2fi
(t
t
s
)rect
(t
t
s
T/
2)
i0
基带OFDM符号时间表示式为
s(t)
N 1 di i0
exp
j2
i T
(t
t
s
)
0
或
ts t ts T t ts t ts T
s(t)
N1 di i0
exp
j2
jnt
)
exp(
jmt
)dt
1, 0,
dˆk dk
mn mn
FDM与OFDM带宽利用率的比较
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 频率
t OFDM符号内包括4个子载波的情况
f
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
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。
并/串
~ dN 1
dˆk
1 T
ts T exp
ts
j2
k T
(t
t
s
)
N 1 i0
d
i
exp
j2
i T
(t
t
s
)
dt
1 T
N 1
di
i0
ts T exp
ts
j2
i
k T
(t
t
s
) dt
1
T
T 0
exp(
s(t)
N 1
di
i0
exp
j2
i T
t
t kT / N(k 0,1, , N 1)
sk
s(kT / N)
N 1 i0
di
exp
j
2ik
N
x(n)
1
N 1
j 2 nk
X (k)e N
N k0
0 k N 1
3.3 OFDM的保护间隔和循环前缀