正交頻分復用

《正交頻分復用》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。

1、正交頻分復用(OFDM)是多載波傳輸技術之一，近年來受到廣泛關注。目前，這項技術已在許多高速信息傳輸領域得到應用，并且有可能成為下一代蜂窩移動通信系統(tǒng)的物理層傳輸技術。本講座將分3講來介紹OFDM技術的基本原理及其應用。第1講首先介紹OFDM的基本原理，第2講介紹OFDM中的相關信號處理技術，第3講介紹OFDM中的多址方式及其在通信系統(tǒng)中的應用情況?！　?引言　　近些年來，以正交頻分復用(OFDM)為代表的多載波傳輸技術受到了人們的廣泛關注。多載波傳輸把數(shù)據(jù)流分解為若干個獨立的子比特流，每個子數(shù)據(jù)流將具有低得多的比特速率。用這樣

2、低比特率形成的低速率多狀態(tài)符號去調(diào)制相應的子載波，就構成了多個低速率符號并行發(fā)送的傳輸系統(tǒng)。OFDM是多載波傳輸方案的實現(xiàn)方式之一，在許多文獻中，OFDM也被稱為離散多音(DMT)調(diào)制。OFDM利用逆快速傅立葉變換(IFFT)和快速傅立葉變換(FFT)來分別實現(xiàn)調(diào)制和解調(diào)，是實現(xiàn)復雜度最低、應用最廣的一種多載波傳輸方案。除了OFDM方式之外，人們還提出了許多其他的實現(xiàn)多載波調(diào)制的方式，如矢量變換方式、基于小波變換的離散小波多音頻調(diào)制（DWMT）方式等，但這些方式與OFDM相比，實現(xiàn)復雜度相對較高，因而在實際系統(tǒng)中很少采用。　　O

3、FDM的思想最早可以追溯到20世紀50年代末期。60年代，人們對多載波調(diào)制作了許多理論上的工作，論證了在存在符號間干擾的帶限信道上采用多載波調(diào)制可以優(yōu)化系統(tǒng)的傳輸性能；1970年1月有關OFDM的專利被首次公開發(fā)表；1971年，Weinstein和Ebert在IEEE雜志上發(fā)表了用離散傅立葉變換實現(xiàn)多載波調(diào)制的方法；80年代，人們對多載波調(diào)制在高速調(diào)制解調(diào)器、數(shù)字移動通信等領域中的應用進行了較為深入的研究，但是由于當時技術條件的限制，多載波調(diào)制沒有得到廣泛的應用；90年代，由于數(shù)字信號處理技術和大規(guī)模集成電路技術的進步，OFDM

4、技術在高速數(shù)據(jù)傳輸領域受到了人們的廣泛關注。今天，OFDM已經(jīng)在歐洲的數(shù)字音視頻廣播(如DAB和DVB)、歐洲和北美的高速無線局域網(wǎng)系統(tǒng)(如HIPERLAN2、IEEE802.11a)、以及高比特率數(shù)字用戶線(如ADSL、VDSL)中得到了廣泛的應用。目前，人們正在考慮在基于IEEE802.16標準的無線城域網(wǎng)、基于IEEE802.15標準的個人信息網(wǎng)以及未來的下一代無線蜂窩移動通信系統(tǒng)中使用OFDM技術?！　FDM技術得到廣泛應用的主要原因在于：　　(1)OFDM可以有效地對抗多徑傳播所造成的符號間干擾，其實現(xiàn)復雜度比采用均

5、衡器的單載波系統(tǒng)小很多?！　?2)在變化相對較慢的信道上，OFDM系統(tǒng)可以根據(jù)每個子載波的信噪比來優(yōu)化分配每個子載波上傳送的信息比特，從而大大提高系統(tǒng)傳輸信息的容量?！　?3)OFDM系統(tǒng)可以有效對抗窄帶干擾，因為這種干擾僅僅影響OFDM系統(tǒng)的一小部分子載波。　　(4)在廣播應用中，利用OFDM系統(tǒng)可實現(xiàn)有吸引力的單頻網(wǎng)絡?！　∨c傳統(tǒng)的單載波傳輸系統(tǒng)相比，OFDM的主要缺點在于：　　(1)OFDM對于載波頻率偏移和定時誤差的敏感程度比單載波系統(tǒng)要高。　　(2)OFDM系統(tǒng)中的信號存在較高的峰值平均功率比(PAR)使得它對放大器的

6、線性要求很高。　　2正交頻分復用的基本原理　　2.1系統(tǒng)的調(diào)制和解調(diào)　　每個OFDM符號是多個經(jīng)過調(diào)制的子載波信號之和，其中每個子載波的調(diào)制方式可以選擇相移鍵控(PSK)或者正交幅度調(diào)制(QAM)。如果用N表示子信道的個數(shù)，T表示OFDM符號的寬度，di(i=0,1,…,N-1)是分配給每個子信道的數(shù)據(jù)符號，fc是載波頻率，則從t=ts開始的OFDM符號可以表示為：　　在很多文獻中，經(jīng)常采用如下所示的等效基帶信號來描述OFDM的輸出信號：　　其中式(2)的實部和虛部分別對應于OFDM符號的同相和正交分量，在實際中可以分別與相應子

7、載波的cos分量和sin分量相乘，構成最終的子信道信號和合成的OFDM符號。圖1給出了OFDM系統(tǒng)調(diào)制和解調(diào)的框圖，圖中假定ts=0。　　在圖2中給出了一個OFDM符號內(nèi)包括4個子載波的實例。其中所有的子載波都具有相同的幅值和相位，但在實際應用中，根據(jù)數(shù)據(jù)符號的調(diào)制方式，每個子載波的幅值和相位都可能是不同的。從圖2可以看到，每個子載波在一個OFDM符號周期內(nèi)都包含整數(shù)倍的周期，而且各個相鄰子載波之間相差1個周期。由圖2可以看出，各子載波信號之間滿足正交性。這種正交性還可以從頻域角度理解?！　D3給出了OFDM符號中各個子載波信號

8、的頻譜圖。從圖中可以看出，在每一子載波頻率的最大值處，所有其他子信道的頻譜值恰好為零。也就是說，OFDM各子載波信號之間的正交性避免了子信道間干擾(ICI)的出現(xiàn)?！　〗邮斩说趉路子載波信號的解調(diào)過程為：將接收信號與第k路的解調(diào)載波相乘，然后將得到的結果在OFD