实验7 FDM频分复用与OFDM正交频分复用
OFDM正交频分复用
OFDM正交频分复用原文载于维基百科，由zslcn周生烈编译摘注评，西邮学子整理用于《通信与电子信息工程专业英语》Unit3 Expanding reading B OFDMOrthogonal frequency-division multiplexing (OFDM), essentially identical to coded OFDM (COFDM) and discrete multi-tone modulation (DMT), is a frequency-division multiplexing(FDM) scheme used as a digitalmulti-carrier modulation method. A large number of closelyspaced orthogonal sub-carrier signals are used to carry data. The data is divided into several parallel data streams or channels, one for each sub-carrier. Each sub-carrier is modulated with a conventional modulation scheme (such as quadrature amplitude modulation or phase-shift keying) at a low symbol rate, maintaining total data rates similar to conventional single-carrier modulation schemes in the same bandwidth.OFDM本质上与编码OFDM（COFDM）和离散多音调制（DMT）是一样的。
这是一种频分复用（FDM）方案,用来作为数字多载波调制方法。
正交频分复用介绍概述
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基本概念
OFDM技术的优缺点：
1.OFDM技术的优点：
首先，抗衰落能力强。OFDM把用户信息通过多个子
载波传输，在每个子载波上的信号时间就相应地比同速率
的单载波系统上的信号时间长很多倍，使OFDM对脉冲噪 声（ImpulseNoise）和信道快衰落的抵抗力更强。同时，
通过子载波的联合编码，达到了子信道间的频率分集的作
图1 OFDM系统原理框图
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基本概念
在发送端，输入的高比特流通过调制映射产 生调制信号，经过串并转换变成N条并行的低速 子数据流，每N个并行数据构成一个OFDM符号。 插入导频信号后经快速傅里叶反变换(IFFT)对每 个OFDM符号的N个数据进行调制，变成时域信 号为：
式中：m为频域上的离散点；n为时域上的离散点； N为载波数目。为了在接收端有效抑制码间干扰 (InterSymbol Interference，ISI)，通常要在每一 时域OFDM符号前加上保护间隔(Guard Interval， GI)。加保护间隔后的信号可表示为式(2)，最后 信号经并／串变换及D／A转换，由发送天线发送
尽管OFDM技术已经是比较成熟，并在一些领域也
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基本概念
取得成功的应用，但尚有许多问题须待深入研究以进一步
提高其技术性能。多年来，围绕基于DFT（或FFT）的
OFDM的关键技术，如同步、信道估计、均衡、功率控制 等方面一直在探索更优的方案，这些研究使OFDM技术欲
加成熟和完善。
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基本概念
OFDM技术的应用与展望：
、著名公司已充分认识到OFDM技术的应用前景。纷纷开 展了对无线OFDM的研究工作，除了解决OFDM的同步、峰
平比高等传统难题外，还包括OFDM与空时码、联合发送 12
无线wifi的信道复用方式
无线wifi的信道复用方式无线WIFI的信道复用方式主要包括以下几种：1.频分复用（FDM）：频分复用是将无线信号分成多个子信道，每个子信道可以承载不同的数据流。
在WIFI系统中，802.11a和802.11g采用了OFDM（正交频分复用）技术，将射频信号分成52个子信道，从而实现多个数据流的复用。
2.时分复用（TDM）：时分复用是将时间分成若干个时间段，每个时间段可以分配给不同的用户使用。
在WIFI系统中，采用多路复用技术，如CDMA（码分多路复用）和OFDM（正交频分复用），在同一频段上实现多个用户的同时传输。
3.码分复用（CDM）：码分复用是利用不同的编码方式将多个数据流分开，从而实现多路复用。
在WIFI系统中，采用CCK（互补编码）和QPSK（正交相移键控）等编码方式来实现多路复用。
4.空间复用：空间复用是通过多个天线或信号传输路径来实现多路复用。
在WIFI系统中，采用MIMO（多输入多输出）技术，通过多个天线同时发送和接收多个数据流，提高系统容量和覆盖范围。
5.动态信道分配（DCA）：动态信道分配是一种自适应信道分配策略，根据无线环境的变化，动态地分配信道给各个接入点。
DCA技术可以有效避免信道干扰，提高系统性能。
6.信道捆绑（CB）：信道捆绑是将多个相邻的信道绑定在一起，提高整体传输速率。
在802.11n协议中，采用频道捆绑技术，将多个5GHz信道捆绑在一起，实现更高的数据传输速率。
综上所述，无线WIFI的信道复用方式主要包括频分复用、时分复用、码分复用、空间复用、动态信道分配和信道捆绑等技术。
这些复用技术在WIFI系统中相互配合，实现多个用户的同时传输，提高系统容量和覆盖范围，满足日益增长的无线通信需求。
OFDM正交频分复用技术
正交频分复用的发展
OFDM 的概念于 20 世纪 50—60 年底提出，1970 年 OFDM 的专利被发表，其基本思想通过采 用允许子信道频谱重叠，但相互间又不影响的频分复用（FDM）方法来并行传送数据。OFDM 早期 的应用有 AN/GSC_10 高频可变速率数传调制解调器等。 早期的 OFDM 系统中，发信机和相关接收 机所需的副载波阵列是由正弦信号发生器产生的，系统复杂且昂贵。1972 年 Weinstein 和 Ebert 提出 了使用离散傅立叶变换实现 OFDM 系统中的全部调制和调解功能的建议， 简化了振荡器阵列以及相 关接收机本地载波之间严格同步的问题，为实现 OFDM 的全数字化方案做了理论上的准备。 80 年代后，OFDM 的调整技术再一次成为研究热点。例如，在有线信道的研究中，Hirosaki 于 1981 年用 DFT 完成的 OFDM 调整技术，试验成功了 16QAM 多路并行传送 19.2kbit/s 的电话线 MODEM. 进入 90 年代， OFDM 的应用又涉及到了利用移动调频和单边带 （SSB） 信道进行高速数据通信， 陆地移动通信，高速数字用户环路（ HDSL ） ，非对称数字用户环路（ ADSL ）及高清晰度数字电视 （HDTV）和陆地广播等各种通信系统。 由于技术的可实现性， 在二十世纪 90 年代， OFDM 广泛用干各种数字传输和通信中， 如移动无
正交频分复用的原理
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。包 括以下 类型： V-OFDM,W-OFDM,F-OFDM,MIMO-OFDM, 多带-OFDM。OFDM 中的各个载波是相互正交的，每个 载波在一个符号时间内有整数个载波周期，每个载波的频谱零点和相邻载波的零点重叠，这样便减 小了载波间的干扰。由于载波间有部分重叠，所以它比传统的 FDMA 提高 了频带利用率。 OFDM 系统构造在 OFDM 传播过程中，高速信息数据流通过串并变换，分配到速率相对较低的若干 子信道中传输，每个子信道中的符号周期相对增加，这样可减少因无线信道多径时延扩展所产生的 时间弥散性对系统造成的码间干扰。另外，由于引入保护间隔，在保护间隔大于最大多径时延扩展 的情况下，可以最大限度地消除多径带来的符号间干扰。如果用循环前缀作为保护间隔，还可避免 多 径 带 来 的 信 道 间 干 扰 。 OFDM 的 基 带 传 输 系 统 如 图 所 示 。
频分复用原理及其应用研究
2015届学士学位论文频分复用原理及其应用研究频分复用原理及其应用研究摘要频分复用(FDM)是通信系统中信号多路复用方式中的一种，本质上是依据频率来分隔信道的。
频分复用技术在当今通信领域有着很重要的地位。
根据性质和特点的不同频分复用还可以被细分为传统的频分复用(FDM)和正交频分复用(OFDM)。
本论文主要由以下几个部分组成。
第一部分介绍频分复用基本原理，系统实现以及其应用特点；第二部分介绍正交频分复用的基本原理及DFT的实现；第三部分主要介绍在实际应用中当载波频率接近时，频谱会发生重叠，传统的频分复用解调效果容易出现失真，正交频分复用由于其载波的正交性特点,在频谱发生重叠时可以保证解调效果；最后通过MATLAB程序中的SIMULINK仿真图来表现正交频分复用的优越之处。
关键词频分复用；正交频分复用；MA TLAB仿真Frequency division multiplexing principle and its applicationresearchAbstract Frequency division multiplexing (FDM) is a kind of signal multiplexing mode in communication system, which is divided by frequency channel essentially. Frequency division multiplexing technology is very widely used in today's communication. Frequency division multiplexing can also be divided into the traditional frequency division multiple(FDM) and orthogonal frequency division multiplexing(OFDM) depending on the nature and characteristics.This paper consists of the following parts. The basic principle of frequency division multiplexing, system implementation and its application characteristics are introduced in the first part . The basic principle of orthogonal frequency division multiplexing and its realization of DFT are introduced in the second part .Due to its characteristics ,orthogonal frequency division multiplexing can guarantee the demodulation compare with the traditional frequency division multiplexing when the carrier frequency is close to in the practical application, spectrum overlap happens ,which is introduced in the third part .Finally by SIMULINK of MA TLAB simulation diagram to show the superiority of the orthogonal frequency division multiplexing.Keywords Frequency division multiplexing; Orthogonal frequency division Multiplexing ;MA TLAB simulation淮北师范大学2015届学士毕业论文频分复用原理及其应用目录1.引言 (1)2频分复用基本原理及实现 (2)2.1频分复用的基本原理 (2)2.2 频分复用系统应用及其特点 (2)3正交频分复用基本原理及实现 (4)3.1正交频分复用原理 (4)3.2 DFT的实现 (6)3.3 正交频分复用的优缺点 (8)4频分复用原理的应用 (9)4.1系统仿真主要模块的介绍 (9)4.2频分复用系统仿真的实际应用分析 (9)4.3 仿真结果分析 (14)结论 (15)参考文献 (16)致谢 (17)淮北师范大学2015届学士毕业论文频分复用原理及其应用1.引言在通信系统中，一般情况下用来传输信号的物理信道的传输能力是比一路传输信号的需求要大的很多，这时候就可以让多路信号共同来利用该物理信道。
正交频分复用OFDM技术
现代通信技术概论正交频分复用OFDM技术罗胜银201214801146摘要：OFDM （Orthogonal Frequency Division Multiplexing）即正交频分复用，是一种特殊的多载波调制技术。
OFDM全称为正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing），是一种新型的高效的多载波调制技术，它能够有效地对抗多径传播，使受到干扰的信号能够可靠地接收。
经过几十年的开发之后，OFDM/COFDM不但被广泛地应用于高速数字通信中，而且已扩展到其他领域。
关键词：正交频分复用，多载波调制，信噪比，调制映射引言个人通信是人类通信的最高目标，它是用各种可能的网络技术、实现任何人在任何时间、任何地点与任何人进行任何种类的信息交换。
这种境界使用户彻底摆脱了终端的束缚。
实现这种境界最基本要求就是满足用户的移动性。
多载波调制的一种实现方法为正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）技术。
在过去的几年中，多载波调制特别是正交频分复用（OFDM）已经被成功的应用于多种数字通信系统中。
一、OFDM的特点OFDM全称为正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing），是一种新型的高效的多载波调制技术，它能够有效地对抗多径传播，使受到干扰的信号能够可靠地接收。
OFDM技术于三十多年前第一次由Chang提出，但是一个OFDM系统的结构非常复杂，从而限制了其进一步推广。
OFDM是多载波数字调制技术，它将数据经编码后调制为射频信号。
不像常规的单载波技术，如AM/FM （调幅/调频）在某一时刻只用单一频率发送单一信号，OFDM在经过特别计算的正交频率上同时发送多路高速信号。
这一结果就如同在噪声和其它干扰中突发通信一样有效利用带宽。
传统的FDM（频分复用）理论将带宽分成几个子信道，中间用保护频带来降低干扰，它们同时发送数据。
OFDM正交频分复用原理探讨
OFDM（正交频分复用）原理探讨初学OFDM时，感觉自己好象懂了又好象不懂。
我只是知道OFDM是将串行的数据变成并行的数据传输，至于具体的细节问题从没有认真考虑。
后来因为毕业设计的需要，使得我需要弄明白OFDM的原理，我指的是其中的细节问题，这却花了我不少时间。
我现在想把我自己对OFDM的理解写出来，这可能并没有什么创新，但我希望能够帮助那些刚接触OFDM的读者，这些读者可能像我当初那样，曲解了一些概念。
在细说OFDM之前，我还是先介绍一下单载波系统，传统频分复用系统和OFDM系统，后两种都是多载波系统。
之所以这样，是想让大家了解单载波系统和多载波系统的区别，多载波系统的优势；在多载波系统中，传统频分复用系统和OFDM系统的区别，OFDM系统的优势；从而了解为什么现在OFDM系统是现在的一个热门话题。
我将分别从时域和频域比较这三个系统。
（1）单载波系统，如图1-1所示：图1-1在本单载波系统中，我们假设发送的基带信号为[1 0 1 1 0 0 1 0 0 1 1 1]，基带信号带宽为100KHz（码元时间间隔t=0.00001s）,载波中心频率为300KHz,采用BPSK调制。
图1-1（a）是基带信号BPSK调制的时域波型图。
图1-1（b）是调制过程中各信号的频谱图，图中显示：基带信号的带宽为100KHz，载波的中心频率为300KHz，调制之后，信号在频域上相当于被搬迁到了中心频率为300KHz处，调制后的信号带宽增大到200KHz（即调制后信号的频率范围是200KHz—400KHz）。
上面的图1-1（a）和图1-1（b）均是采用Matlab仿真给出的。
（2）传统频分复用系统, 如图2-1,2-2所示：我对传统频分复用系统的理解是：单载波系统的数据传输形式是串行数据流，符号被连续传输，每个数据符号的频谱可占据整个可利用的带宽。
而多载波系统并行传输数据流，（使高速数据流转换低速数据流），许多符号同时传输，将输入数据符号串并转换到N个并行子信道中。
正交频分复用信号 -回复
正交频分复用信号-回复什么是正交频分复用信号（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）？如何实现OFDM技术？OFDM的优缺点是什么？这篇文章将一步一步回答这些问题。
第一部分：介绍OFDM技术正交频分复用信号（OFDM）是一种用于传输数字数据的调制技术，能够将高速数据流分成多个低速的子载波进行传输。
这些子载波在频域上彼此正交，也就是说它们之间是独立的，并且不会相互干扰。
这种正交性可以避免频率衰落带来的干扰问题，提高系统的可靠性和传输速率。
第二部分：OFDM技术实现方式OFDM技术的实现主要包含以下几个步骤：1. 将原始数据流划分为多个子信道（子载波），并将其转换为时域信号。
2. 在时域信号上进行快速傅里叶变换（FFT）操作，将其转换为频域信号。
3. 在频域信号中加入循环前缀（CP），以消除多径干扰。
4. 对每个子载波进行调制，将数字信号转换为模拟信号。
5.将所有子载波的信号进行叠加，并通过发送天线进行传输。
通过这种方式，OFDM技术可以实现并行传输多个低速子载波，提高数据传输速率。
第三部分：OFDM技术的优缺点OFDM技术具有以下几个优点：1. 抗多径干扰能力强：由于OFDM技术使用了循环前缀来消除多径干扰，因此可以更好地处理传输信号中的多径效应。
2. 较高的频谱利用率：由于OFDM技术将高速数据流划分为多个低速的子载波进行传输，因此可以更有效地利用频谱资源。
3. 高传输速率和可靠性：OFDM技术可以同时传输多个子载波，因此可以实现更高的数据传输速率。
然而，OFDM技术也存在一些缺点：1. 对频率同步要求较高：由于OFDM技术的子载波之间彼此正交，因此要求发送端和接收端的频率同步性较高，否则会引入干扰。
2. 需要复杂的信号处理：OFDM技术的实现需要进行快速傅里叶变换和循环前缀添加等复杂的信号处理操作，增加了系统的复杂性和成本。
总结：正交频分复用信号（OFDM）是一种通过将高速数据流划分为多个低速的子载波进行传输的调制技术。
详解正交频分复用技术及其应用
详解正交频分复用技术及其应用频分复用(FDM，FrequencyDivisionMultiplexing)就是将用于传输信道的总带宽划分成若干个子频带(或称子信道)，每一个子信道传输1路信号。
频分复用要求总频率宽度大于各个子信道频率之和，同时为了保证各子信道中所传输的信号互不干扰，应在各子信道之间设立隔离带，这样就保证了各路信号互不干扰。
频分复用技术的特点是所有子信道传输的信号以并行的方式工作，每一路信号传输时可不考虑传输时延。
频分复用技术除传统意义上的频分复频分复用(FDM，Frequency Division Multiplexing)就是将用于传输信道的总带宽划分成若干个子频带(或称子信道)，每一个子信道传输1路信号。
频分复用要求总频率宽度大于各个子信道频率之和，同时为了保证各子信道中所传输的信号互不干扰，应在各子信道之间设立隔离带，这样就保证了各路信号互不干扰。
频分复用技术的特点是所有子信道传输的信号以并行的方式工作，每一路信号传输时可不考虑传输时延。
频分复用技术除传统意义上的频分复用(FDM)外，还有一种是正交频分复用(OFDM)，本文主要介绍正交频分复用(OFDM ，Orthogonal Frequency Division Multiplexing)。
传统的频分复用（FDM）的优点是简单、直接。
但是频谱的利用率低，子信道之间要留有保护频带，而且在频分路数N较大时多个滤波器的实现使系统复杂化。
正交频分复用（OFDM）技术的基本思想就是在频域内将所给信道分成许多正交子信道，在每一个子信道上使用一个子载波进行调制，并且各子载波并行传输，这样，尽管总的信道并非平坦的，也就是说，具有频率选择性，但是每个子信道是相对平坦的，并且在每个信道上进行的是窄带传输，信号带宽小于信道的相关带宽，因此可以大大消除符号间干扰。
OFDM实际是一种多载波数字调制技术。
OFDM全部载波频率有相等的频率间隔，它们是一个基本振荡频率的整数倍，正交指各个载波的信号频谱是正交的。
正交频分复用定义
正交频分复用(OFDM)是一种数字调制技术，用于无线通信系统中的数据传输。
它通过将数据分成许多小的数据包，并将这些数据包通过多个正交的载波进行调制，从而能够在带宽有限的情况下实现高速数据传输。
载波是数字信号波形的基本单元，每个载波由一个频率和相位确定的波形组成。
正交意味着这些载波具有相同的频率间隔和时间间隔，并且它们相互垂直，这意味着它们不会重叠。
OFDM技术的优点包括:抗干扰性强、传输速率高、对带宽的利用率高、易于实现等。
因此，它被广泛应用于无线通信系统中，如数字电视、无线局域网和移动通信等。
(完整word版)FDMFDMAOFDM的异同
FDM FDMA OFDM 的异同频分多路复用（Frequency—division multiplexing，FDM），是指载波带宽被划分为多种不同频带的子信道，每个子信道可以并行传送一路信号的一种多路复用技术。
FDM常用于模拟传输的宽带网络中.在通信系统中，信道所能提供的带宽通常比传送一路信号所需的带宽宽得多。
如果一个信道只传送一路信号是非常浪费的，为了能够充分利用信道的带宽，就可以采用频分复用的方法。
在频分复用系统中，信道的可用频带被分成若干个互不交叠的频段，每路信号用其中一个频段传输，因而可以用滤波器将它们分别滤出来，然后分别解调接收。
FDMA，频分多址（Frequency-division multiple access），是把分配给无线蜂窝电话通讯的频段分为30个信道，每一个信道都能够传输语音通话、数字服务和数字数据。
频分多址是模拟高级移动电话服务(AMPS）中的一种基本的技术，是北美地区应用最广泛的蜂窝电话系统。
采用频分多址,每一个信道每一次只能分配给一个用户。
频分多址还用于全接入通信系统（TACS)。
OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing)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。
相同点：都是为了解决频带不够用而采用的一种频率分用，不同点:FDM常常特指代第一代通信系统（大哥大！）采用的复用技术。
正交频分复用_OFDM_调制技术
一、 引言
特高频/ 甚高频 ( V HF/ U HF ) 波段的数 字移动通信一直是通信领域中的热点 。 从 80 年代开始 ,数字移动通信技术日趋成熟 ,逐渐 应用于各种无线通信系统之中 , 如我们所熟 知的无线寻呼 , 数字集群电话 , 数字蜂窝电 话 ,移动数据终端系统等等 。当然 ,也不可避 免地会在 “全球个人移动通信” 系统中应用 。 但是众所周知 , V HF/ U HF 的移动信道 存在着严重的频率选择性衰落 、快衰落和慢 衰落 , 以及各种噪声的干扰和多径传播下的 码间串扰等问题 。 这些问题都会严重地影响 着数字移动通信系统的性能和质量 。 为了克 服上述缺限提高系统的性能 , 大多数数字移 动通信系统都采用了对幅度抖动不敏感的移 频键控 ( FS K) 和带高斯滤波器的移频键控
D ( m)
数 据 → 解 码 器
串行 → 数据
t
图2
O FD M 解调器
如图中所示 :
1. 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 ) - j B ( 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
因此为了减小码元信号的副瓣可对矩形码元的边缘扩展和加窗同时为了克服由于信道中存在模拟滤波器等相频特性不是线性的器件及无线信道多径传播造成的码元扩张以及由解调器定时误差造成的码间串扰等影响在对对码元进行扩展和加窗时应首先扩展矩形脉冲宽度并让各子信道副载波周期延伸再对扩展部分的边缘不是全部进行加窗
1998 年 6 月
张峻峰 : 正交频分复用调制 ( O FDM ) 技术
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浅解OFDM(正交频分复用)通信技术
浅解OFDM(正交频分复用)通信技术[摘要]OFDM的全称为Orthogonal Frequency Division Multiplexing，意为正交频分复用。
OFDM通信技术是多载波传输技术的典型代表。
OFDM是多载波传输方案的实现方式之一，利用快速傅里叶逆变换(IFFY，Inverse Fast Fourier Transform)和快速傅里叶变换(FFr，Fast Fourier Transform)来分别实现调制和解调，是实现复杂度最低、应用最广的一种多载波传输方案。
本文介绍了OFDM 通信技术基本原理和实现，分析了其优缺点，并对关键技术进行了分析。
[关键词]OFDM；正交频分复用；多载波；快速傅里叶变换(FFT)1OFDM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1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。
2OFDM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。
正交频分复用技术OFDM-中国城电视台技术协会
对正交频分复用技术OFDM的研究昆明广播电视台播出部顾俊【摘要】OFDM是宽带传输的核心技术之一，本文对OFDM 的原理、调制方法及其应用作些研究探讨。
【关键词】OFDM 正交傅里叶变换调制数字广播电视宽带通信一．基本思想正交频分复用OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplex)是一种多载波调制方式，通过减小和消除码间串扰的影响来克服信道的频率选择性衰落，它将信号分割为N个子信号，然后用N个子信号分别调制N个相互正交的子载波，由于子载波的频谱相互重叠，因而可以得到较高的频谱效率。
二．正交的概念有关联的两个或更多事物中的一个发生变化，不会影响其他事物，这些事物就是正交的。
在数学上正交是垂直的一种抽象化和一般化。
正交就是除了在交点发生关系之外，其它就不发生关系了。
在三维向量空间中，两个向量的内积如果是零，那么就说这两个向量是正交的，这也就意味着这两个向量之间没有相关性。
sin和cos两路频率相同，相位相差90度的载波，就属正交信号，两路信号分别调制后一起发射又互不影响，频谱利用率翻倍。
在OFDM 中相邻信道间信号的频谱的主瓣相互重叠，只要保证各子载频正交性，就可以在接收端恢复出原来的信号。
三． OFDM 调制技术在OFDM 调制技术中，傅里叶变换是一个重要概念。
数学家傅里叶发现，任何周期函数都可以用正弦函数和余弦函数构成的级数来逼近。
在离散系统中经过变换后，有如下公式：离散傅立叶变换DFT 等式：[]1,1,0)()()(102-===∑-=-N k en x n x DFT k X N n N kn j π离散傅立叶反变换IDFT 等式：[]1,1,0)(1)()(102-===∑-=N n e k X N k X IDFT n x N k N kn j π有了这两个公式，就可以对信号进行合成、分解。
）(a) 用离散傅立叶反变换实现OFDM 的调制(b) 用离散傅立叶变换实现OFDM 的解调大量的信息可以加载合成为一个波形，实现高效率的信息传递。
OFDM正交频分复用—现代通信理论课件
3.信道估计
4.信道编码和交织 5.改善系统对非线性的敏感性
6.均衡
四、OFDM系统性能
1.脉冲干扰
2.抗多径传播与衰落 3.调制方式 4.信道分配 5.多天线 6.频谱利用率
四、OFDM系统性能
频谱利用率
设信号采样频率为1/Ts，则每个子载波信号的采样速率为 1/(NTs)，载波间距NTs，忽略其旁瓣，其频谱宽度
(3) 基于DFT的OFDM有快速算法。 (4) 信道利用率很高，这一点在频谱资源有限的无线环境中很 重要。 当子载波个数很大时，系统的频带利用率趋于Nyquist极限。
二、OFDM系统传输特性
2.OFDM主要的不足之处
(1) 对系统中的非线性问题敏感。 (2)对定时和频率偏移敏感。
3.无线环境的特点
(1)对信号的衰耗随时间变化；(2)传输的时延随时间变化； (3) 多径传播；(4)衰落。 OFDM的有些优势是其它技术无法比拟的，OFDM由于其并行传 输机制、内在的抗干扰ISI的能力和内在的利用多径信道的分集特 性的能力，在衰落信道高速数据传输中显示了很强的鲁棒性。尤 其在高速无线室内传输中，OFDM技术被广泛采用。
牺牲频带利用率为代价,这在频带资源如此紧张的今天尤其不能忍
受。 上个世纪中期,人们又提出了频带混叠的子信道方案,信息速 率为a,并且每个信道之间距离也为aHz,这样可以避免使用高速均 衡和抗突发噪声差错,同时可以充分利用信道带宽, 节省了50%。 为了减少各个子信道间的干扰,我们希望各个载波间正交。 这种 “正交”表示的是载波的频率间精确的数学关系。
(6-99)
(6-100)
sOFDM (kT ) d m exp[ j m kT ]
m0
M 1
正交频分复用OFDM
第八章： 正交频分复用OFDMOFDM的提出：• OFDM并不是新生事物，它由多载波调制（MCM）发 展而来。
• 美国军方早在上世纪的50、60年代就创建了世界上 第一个MCM系统，在1970年衍生出采用大规模子载 波和频率重叠技术的OFDM系统。
• 但在以后相当长的一段时间，OFDM理论迈向实践的 脚步放缓了。
由于OFDM的各个子载波之间相互正 交，采用FFT实现这种调制，但在实际应用中，实 时傅立叶变换设备的复杂度、发射机和接收机振荡 器的稳定性以及射频功率放大器的线性要求等因素 都成为OFDM技术实现的制约条件。
1OFDM的提出（续）：• 后来经过大量研究，终于在20世纪80年代，MCM 获得了突破性进展，大规模集成电路让FFT技术 的实现不再是难以逾越的障碍，一些其它难以实 现的困难也都得到了解决。
• 20世纪90年代,OFDM开始被欧洲和澳大利亚广泛 用于广播信道的宽带数据通信，数字音频广播 （DAB）、高清晰度数字电视(HDTV)和无线局域 网（WLAN）。
• 随着DSP芯片技术的发展，栅格编码技术、软判 决技术、信道自适应技术等成熟技术的应用， OFDM技术日渐完善。
OFDM的优缺点• 优点： • 近年来OFDM系统已经越来越得到人们的广泛关 注，其原因在子OFDM系统存在如下的主要优点： • ①把高速数据流通过串并转换，使得每个子载波 上的数据符号持续长度相对增加，从而可以有效 地减小无线信道的时间色散所带来的ISI，这样 就减小了接收机内均衡的复杂度，有时甚至可以 不采用均衡器，仅通过采用插人循环前缀的方法 消除ISI的不利影响。
2OFDM的优缺点（续）• ②传统的频分多路传输方法中，将频带分为若干个 不相交的子频带来传输并行的数据流，在接收端用 一组滤波器来分离各个子信道。
• 这种方法的优点是简单、直接，缺点是频谱的利用 率低，子信道之间要留有足够的保护频带，而且多 个滤波器的实现也有不少困难。
正交频分复用(OFDM)的研究与仿真毕业设计
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正交频分复用(OFDM)，实际上是多载波调制(MCM)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，因此每个子信道可以看成平坦性衰落信道，从而可以消除符号间干 扰。论文首先介绍了无线通信的发展历程和 OFDM 的研究状况，接着讲述了 OFDM 和 QAM 的基本原理，最后通过对 OFDM 和 QAM 系统的输入输出信号波形及频谱比 较分析得出结论。结论表明，多载波 OFDM 技术的传输性能优于单载波 QAM 技术。
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Keywords：OFDM；MCM；basic principle of OFDM and QAM；the analysis of waveform and spread spectrum
目录 11 无线通信的发展历史与现状……………………………………5 1.2 无线信道的传播特性 ……………………………………………6 1.2.1 快衰落 ……………………………………………………………6 1.2.2 慢衰落 …………………………………………………………7 1.3 OFDM 研究现状及前景 …………………………………………7 2. OFDM 系统的基本原理……………………………………………8 2.1 OFDM 基本原理 ……………………………………………………8 2.1.1 OFDM 信号的产生………………………………………………8 2.1.2 用 FFT 实现 OFDM ……………………………………………9 2.2 OFDM 优缺点 ……………………………………………………10 2.2.1 OFDM 优点………………………………………………………10 2.2.2 OFDM 缺点………………………………………………………10 3.QAM 系统基本原理 ………………………………………………11 3.1 QAM 调制原理 …………………………………………………11 3.2 QAM 解调原理 …………………………………………………11 4. OFDM 的多载波调制技术性能研究 ………………………12 4.1 文本文档 ………………………………………………………12 4.1.1 文本文档信号波形 …………………………………………12 4.1.2 文本文档信号频谱分析 ……………………………………14 4.2 音频文档 ………………………………………………………15
正交频分复用(OFDM)原理及其实现
正交频分复用（OFDM）原理及其实现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3.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。
FDM频分复用实验报告
学 生 姓 名陈 勇
学 号************
指 导 教 师曹老师
2015至2016学年第1学期第12至13周
《FDM频分复用》实验报告
2015至2016学年第一学期
姓名
陈勇
系别
计科系
实验地点
综合楼401教室
学号
134090201048
年级、班
13级通信工程
本科班
（2）将解复用的输出信号“X”“Y”分别和解调单元的“X”“Y”，用连接线相连。
（3）观察两路信号的输出端，如果信号发生失真，调节各路“输出调节”电位器，使输出的波形更接近于正弦信号。
（4）如果波形仍有少许的失真可以轻微调节载波的频率。
8、稍微对调制信号的频率进行改变（不超过1K），可以观察到输出信号的频率也在发生改变，二者的频率应该相等。
实验完成情况：完成基本完成未完成
2、观察解复用信号的波形。
3、观察调制信号与解调信号的波形。
（二）实验原理
在信道上（例如无线信道）将若干路信号以某种方式汇合，统一在同一信道中进行传输称之为多路复用。在近代通信系统中普遍采用多路复用技术，如频分复用技术。
频繁复用要求设备在发送端将各路信号频谱搬移到各个不相同的频率范围内，使它们互不重叠，这样就可复用同一信道传输。
四、实验结果（反思）
不同的传输媒介具有不同的带宽(信号不失真传输的频率范围)。频分多路复用技术对整个物理信道的可用带宽进行分割，并利用载波调式技术，实现原始信号的频谱迁移，使得多路信号在整个物理信道带宽允许的范围内，实现频谱上的不重叠，从而共用一个信道。为了防止多路信号之间的相互干扰，使用隔离频带来隔离每个子信道。
6、复用信号的解复用：
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本科学生实验报告学号********* 姓名简安文学院物电学院专业、班级11电子实验课程名称现代通信原理实验教师及职称金争开课学期2013 至2014学年下学期填报时间2014 年06 月08 日云南师范大学教务处编印实验序号实验七实验名称FDM频分复用与OFDM正交频分复用实验实验时间2014-06-08 实验室同析楼三栋111一．实验目的1.1 认识Matlab/Simulink的基本功能。
1.2 了解Simulink的基本图符库，并能做出频分复用与正交频分复用仿真。
1.3 观察FDM和OFDM信号波形和频谱特征，深入掌握FDM和OFDM系统的原理和实现结构。
二．实验内容2.1在本仿真模型中添加示波器，观察上采样和滤波前后各点时域波形的变化。
2.2尝试修改本仿真模型，在不改变数据速率的情况下，将子载波数量改为128个，并观察各信号波形。
三．实验设备及材料3.1 Windows XP/Windows73.2 Matlab R2011b四．实验原理4.1 频分复用频分复用是将多路信号调制到不同的载波频率上，从而保证各路信号彼此正交而互不干扰，频分复用的发送端简化框图如图1所示。
本实验仿真4路QPSK 调制的FDM发送端。
图1 频分复用的发送端简化框图4.2 正交频分复用正交频分复用（orthogonal frequency division multiplexing，OFDM）是多载波调制(MCM)技术的一种。
它的基本思想是吧数据流串/并联转换为N路速率较低的子数据流，用它们分别去调制N路子载波后并行传输。
因此子数据流的速率是原来的1/N ，即符号周期扩大为原来的N 倍。
在MCM 的符号周期远大于信道的最大延时扩展情况下，MCM 系统就把一个宽带频率选择衰落信道划分成N 个窄带平坦衰落信道。
从而使通信系统具有很强的抗无线信道频率选择性衰落的能力，特别适合于高速无线数据传输。
OFDM 是一种自载波互相混叠的MCM ，因此它除了具有上述MCM 的优势外，相比于传统的FDM 系统还具有更高的频谱利用率。
OFDM 选择时域互相正交的子载波，它们虽然在频域互相混叠，却仍能在接收端被分离出来。
本实验的仿真依据图2进行。
首先随机产生高速输入数据流，并进行QPSK 调制；然后通过串/并转换将高速的输入数据流转化为低速的并行数据流；OFDM 调制由一个IFFT 的结果转化为高速串行数据流，并插入保护间隔；最后进行高频调制（载波调制）。
本实验中的子载波数量是64个，IFFT 的输出是64个时域信号采样点，保护间隔的时间长度相当于16个时域采样点，为了方便观察，采用了插入零电平作为保护间隔 。
图2 正交频分复用的发送端简化框图4.3 实验方案设计本实验的仿真文件是ofdm_fdm.mdl ，打开ofdm_fdm.mdl ，可以看到整个仿真模型分为FDM 发送端和OFDM 发送端两个独立的模型。
下面主要介绍OFDM 发送端的仿真模型，然后简要介绍FDM 发送端的仿真模型。
（1）正交频分复用发送端仿真模型OFDM 发送端仿真模型如图(3)所示。
可以看出，该仿真模型可以分为三个主要部分：图的上半部实现了OFDM ，得到了OFDM 基带信号；图的下半部的左边实现了OFDM 基带信号的上采样，上采样的目的是得到时域上更加精细的波形，便于用示波器观察；图的下半部的右边实现了高频调制，即将OFDM 基带信号调制到载波上。
串行并行交换 IDFT 或IFFT 并行串行交换 插入保护间隔 高频调制 … …a n x n x (t) OFDM 调制图3 OFDM发送端仿真模型（2）频分复用发送端仿真模型（图4）频分复用发送端仿真了4路QPSK信号哦啊的调制和复用，每路信号的符号率都是1.6ksymbol/s，4路信号的总符号速率是6.4ksymbol/s，和上面的OFDM 仿真中的总符号速率相同。
4路QPSK信号分别用4kHz，6kHz ,9kHz和11.5kHz 载波进行调制，即每路QPSK信号哦啊的子信道带宽是2.5kHz。
其中包括了必要的保护频带。
每路QPSK信号的调制结构比较简单，其主要组成模块在前面都有介绍，这里就不再赘述了。
值得注意的是因为每路QPSK符号的符号速率是1.6ksymbol/s，而调制中载波信号的采样频率是32kHz，所以需要，对QPSK符号做20倍上采样，然后还要将进行低通滤波，该低通滤波器设计为数字调制系统中常用的平方根升余弦滚降滤波器。
最后4路QPSK信号的复用依靠一个加法器实现。
图4 频分复用发送端仿真模型五. 实验步骤5.1 打开matlab应用软件，如图5所示。
5.2 在图5中右边的命令窗(Command Window)的光标处输入：simulink，回车。
图5 Matlab界面5.3 在图5中，选择：File>New>Model新建文件，保存在matlab工作目录下，并取名为ofdm_fdm.mdl。
5.4 在Find命令行处输入：Random Integer Generator（随机整数发生器仿真模块），就在窗口的右边找到了改仿真模块图标。
用鼠标右键选择该模块，将其添加到创建的ofdm_fdm窗口中。
5.5 用相同的方法创建QPSK调制模块（QPSK Modulator Baseband）、缓存模块（buffer）、快速傅里叶逆变换（IFFT）、补零模块（pad）、解缓存模块（unbuffer）、上采样模块（upsample）、正弦波形模块（Sine Wave）、复数实部虚部模块（Complex to Real-Image）和频谱仪（Spectrum Scope），观察每个设备的连接点，用鼠标左键把设备连接起来，如图3、图4所示。
5.6 用鼠标点击“运行仿真模型按钮”即可运行ofdm_fdm.mdl，观察实验结果。
5.7 对于“正交频分复用发送端仿真模型”（图3）需要注意几点：（1）产生OFDM基带信号（图6）这个部分完成OFDM发射机的基带信号的处理。
首先随机数发生模块产生所要发射的数据流，这些随机数据经过QPSK调制得到QPSK符号；QPSK符号流经过串/并转换模块转换成64个符号一组的符号块，IFFT模块将这些QPSK符号块调制到64个正交子载波上，得到OFDM符号；接着在OFDM符号之间插入16个零，这16个零就是OFDM符号间的保护间隔；最后通过串/并转换将OFDM 符号经济器保护间隔转换成串行的时域波形。
图6 OFDM基带信号仿真结构图（2）时域上采样（图7）这个部分完成OFDM基带信号的时域上采样，增加信号采样率是为了得到更加精细的时域波形，以便于用示波器观察信号。
在产生OFDM基带信号时，随机数据发生模块的数据速率是6.4ksymbol/s，最后输出OFDM基带信号时的采样频率是8ksample/s。
时域上采样模块将该基带信号上采样4倍，得到32ksample/s的时域信号。
上采样是通过在相邻两个输入采样点之间插入3个零来实现的，这样上采样之后的基带信号包含了很多镜像频谱分量，因此在上采样之后要连接一个低通滤波器，滤除镜像频谱分量使上采样之后的信号和上采样之前的信号具有相同的频谱。
上采样前的4倍增益保证信号在经过上采样和了滤波后幅度保持不变。
图7 上采样、滤波模块仿真结构图（3）载波调制（图8）这个部分首先通过复数实部虚部模块分离出OFDM基带信号的实部和虚部，然后将实部和虚部分别调制到余弦和正弦载波上，得到经过载波调制的OFDM信号。
仿真中采用的载波是7.5kHz。
仿真中采用数据速率和载波频率都是根据方便观察信号波形的目的选取的，实际系统的数据速率和载波频率要高得多。
图8 正交调制模块仿真结构图六. 实验现象与结果运行ofdm_fdm.mdl，可以得到OFDM信号和FDM信号的时域波形和频谱曲线。
OFDM信号的频谱曲线如图(9)所示，OFDM信号的频谱是由多个子载波的信号的频谱叠加得到的，再经过载波调制搬移到7.5kHz上。
FDM信号的频谱如图(10)所示，FDM信号的频谱是由4个调制到不同载波上的QPSK信号的频谱叠加得到的。
可以看到OFDM各个子载波信号之间相互重叠，没有保护频带；而FDM各个子载波信号之间不能相互重叠，必须预留保护频带。
图9 OFDM信号频谱图10 FDM信号频谱图11是OFDM基带信号的时域波形，上半部分为信号的实部，下半部分为信号的虚部。
可以看到在每个OFDM符号之后都插入了一组零电平作为保护间隔。
图11 OFDM基带信号波形图12是调制到7.5kHz载波后OFDM信号的时域波形。
图12载波调制后OFDM信号波形七. 实验数据处理方法图像法八. 参考文献(1)现代通信原理实验及仿真教程何文学,金争,景艳梅,毛慰民编著(2)现代通信技术讲义PPT(3)通信原理(第六版)樊昌信,曹丽娜编著九．思考题9.1 OFDM信号的主要优点是什么？对各路子载频的间隔有何要求？答：OFDM信号是一种多频率的频分调制体制。
它具有优良的抗多径衰落的能力，和对信道变化的自适应能力，适用于衰落严重的无线信道中。
OFDM信号要求子载频间隔为错误!未找到引用源。
即最小子载频间隔为错误!未找到引用源。
十．实验总结调制（modulation）就是对信号源的信息进行处理加到载波上，使其变为适合于信道传输的形式的过程，就是使载波随信号而改变的技术。
广义的调制分为基带调制和带通调制（也称载波调制）。
调制的方式有很多。
根据调制信号是数字信号还是模拟信号，载波是连续波还是脉冲序列，相应的调制调制方式有模拟连续波调制、数字连续波调制、模拟脉冲调制、数字脉冲调制等。
正交调制是调制方式的一种。
常见的正交调制有：正交振幅调制(QAM)、正交频分复用调制(OFDM)、编码正交频分调制(COFDM)、交错正交四相相移键控。