正交频分复用(OFDM)多载波调制技术
OFDM调制
OFDM 原理
? 多载波调制技术是一种并行体制，它将高 速率的数据序列经串/并变换后分割为若干 路低速数据流，每路低速数据采用一个独 立的载波调制，叠加在一起构成发送信号， 在接收端用同样数量的载波对发送信号进 行相干接收，获得低速率信息数据后，再 通过并/串变换得到原来的高速信号。如图1。
抗多径
? OFDM可以有效的抗多径时延扩展 在OFDM串并转换后，符号周期变为原来的 N倍，为了消除符号间的干扰，在OFDM每 个符号间插入保护间隔。但这种情形由于 多径传播的影响，会多载波的正交性造成 破坏，为了消除整个影响，需要加入循环 前缀。
OFDM参数选择实例
OFDM解调原理框图
用DFT实现OFDM的原理框图
OFDM的优缺点
? 缺点 (1 ）易受频率偏差影响（多普勒频移测试必须） (2 ）存在较高的峰均比
? 优点 (1) 频谱利用率很高，频谱效率比串行系统高近一倍。这一点在频谱资源有限的无线环境 中很重要。 OFDM信号的相邻子载波相互重叠，从理论上讲其频谱利用率可以接近 Nyquist 极限。 (2) 抗多径干扰与频率选择性衰落能力强，由于 OFDM系统把数据分散到许多个子载波上， 大大降低了各子载波的符号速率，从而减弱多径传播的影响，若再通过采用加循环前 缀作为保护间隔的方法，甚至可以完全消除符号间干扰。 (3) 采用动态子载波分配技术能使系统达到最大比特率。通过选取各子信道，每个符号的 比特数以及分配给各子信道的功率使总比特率最大。即要求各子信道信息分配应遵循 信息论中的“注水定理”，亦即优质信道多传送，较差信道少传送，劣质信道不传送 的原则 (4) 通过各子载波的联合编码，可具有很强的抗衰落能力。 OFDM 技术本身已经利用了信 道的频率分集，如果衰落不是特别严重，就没有必要再加时域均衡器。但通过将各个 信道联合编码，可以使系统性能得到提高。 (5) 基于离散傅立叶变换 (DFT) 的OFDM有快速算法， OFDM采用IFFT 和FFT来实现调制 和解调，易用 DSP 实现
ofdm子载波功率_概述说明以及解释
ofdm子载波功率概述说明以及解释1. 引言1.1 概述OFDM（正交频分复用）是一种多载波调制技术，广泛应用于无线通信系统中。
它可以将频谱分成多个子载波，并在每个子载波上进行并行传输，提高了系统的数据传输效率和抗干扰性能。
OFDM子载波功率管理是指在OFDM系统中对各个子载波的功率进行合理分配和控制的过程。
通过对子载波功率进行优化管理，可以实现最大化系统容量、降低功耗、提高接收灵敏度等目标。
1.2 文章结构本文将对OFDM子载波功率进行详细的概述说明和解释。
文章主要分为以下几个部分：- 第2 部分：OFDM子载波功率概述。
介绍了OFDM技术的基本原理，并重点探讨了子载波功率分配原理及其在OFDM系统中的重要性。
- 第3 部分：OFDM子载波功率的解释与说明。
涵盖了三种常见的子载波功率控制方法，包括等功率分配、自适应功率分配算法以及基于信噪比动态调整算法。
- 第4 部分：实际应用与案例研究。
具体讨论了无线通信中OFDM子载波功率管理策略，以及在5G通信系统中的应用研究，同时探讨了OFDM子载波功率管理对系统性能的影响分析与优化思路。
- 第5 部分：结论与展望。
总结本文主要内容，并对OFDM子载波功率管理的未来发展进行展望。
1.3 目的本文旨在深入理解和解释OFDM子载波功率管理的原理、方法和重要性，并通过实际应用和案例研究来展示其在无线通信系统中的作用。
我们希望读者通过本文可以了解到如何合理地对OFDM子载波功率进行管理，并为今后相关领域的研究和发展提供借鉴和参考。
2. OFDM子载波功率概述2.1 OFDM技术简介OFDM（正交频分复用）是一种多子载波调制技术，它能够将一个高速数据流拆分为多个较低速的子载波进行传输。
每个子载波的带宽相互之间正交且不重叠，这样可以有效地减少了码间干扰。
OFDM技术在无线通信系统中具有广泛的应用，尤其在高速数据传输以及抗多径衰落方面表现出色。
2.2 子载波功率分配原理OFDM系统通过对所有子载波进行不同功率的分配来提高系统性能。
正交频分复用
正交频分复用(OFDM)是多载波传输技术之一，近年来受到广泛关注。
目前，这项技术已在许多高速信息传输领域得到应用，并且有可能成为下一代蜂窝移动通信系统的物理层传输技术。
本讲座将分3讲来介绍OFDM技术的基本原理及其应用。
第1讲首先介绍OFDM的基本原理，第2讲介绍OFDM中的相关信号处理技术，第3讲介绍OFDM中的多址方式及其在通信系统中的应用情况。
1 引言近些年来，以正交频分复用(OFDM)为代表的多载波传输技术受到了人们的广泛关注。
多载波传输把数据流分解为若干个独立的子比特流，每个子数据流将具有低得多的比特速率。
用这样低比特率形成的低速率多状态符号去调制相应的子载波，就构成了多个低速率符号并行发送的传输系统。
OFDM是多载波传输方案的实现方式之一，在许多文献中，OFDM 也被称为离散多音(DMT)调制。
OFDM利用逆快速傅立叶变换(IFFT)和快速傅立叶变换(FFT)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。
除了OFDM方式之外，人们还提出了许多其他的实现多载波调制的方式，如矢量变换方式、基于小波变换的离散小波多音频调制（DWMT）方式等，但这些方式与OFDM相比，实现复杂度相对较高，因而在实际系统中很少采用。
OFDM的思想最早可以追溯到20世纪50年代末期。
60年代，人们对多载波调制作了许多理论上的工作，论证了在存在符号间干扰的带限信道上采用多载波调制可以优化系统的传输性能；1970年1月有关OFDM的专利被首次公开发表；1971年，Weinstein和Ebert在IEEE杂志上发表了用离散傅立叶变换实现多载波调制的方法；80年代，人们对多载波调制在高速调制解调器、数字移动通信等领域中的应用进行了较为深入的研究，但是由于当时技术条件的限制，多载波调制没有得到广泛的应用；90年代，由于数字信号处理技术和大规模集成电路技术的进步，OFDM技术在高速数据传输领域受到了人们的广泛关注。
ofdm调制——频域描述
ofdm调制——频域描述
OFDM调制（正交频分复用调制）是一种多载波调制技术，它将高速数据流分成多个低速子载波，并将这些子载波进行正交编码，然后将它们组合在一起进行传输。
OFDM调制的频域描述是指将OFDM信号在频域上的特性进行描述。
在OFDM调制中，频域描述主要包括以下几个方面：
1. 子载波频域分布：OFDM信号由多个子载波组成，这些子载波在频域上均匀分布，并且相互之间正交。
每个子载波的频率间隔为1/T，其中T为OFDM符号的时长。
2. 子载波间隔：相邻子载波之间的频率间隔为1/T。
这个子载波间隔可以根据需要进行调整，以适应不同的传输环境和信道带宽。
3. 符号间隔：OFDM符号的时长T决定了每个子载波的符号间隔。
符号间隔越短，传输速率越高，但也会增加多径衰落的影响。
4. 带宽利用率：由于OFDM信号在频域上进行了正交分割，因此可以将不同子载波上的数据进行并行传输，从而提高频谱利用率。
OFDM调制技术可以灵活地调整子载波数量和带宽分配，以适应不同的应用需求。
总的来说，OFDM调制的频域描述主要涉及子载波频域分布、子载波间隔、符号间隔和带宽利用率等方面，这些特性使得OFDM调制在高
速数据传输中具有较好的性能和灵活性。
第2章 调制解调技术-OFDM及扩频技术
IFFT
IFFT输 出
IFFT
时间 Tg Ts 符 号N－ 1 符 号N 符 号N＋ 1 TFFT
图2-71 保护间隔的插入过程
保护间隔与循环前缀——加循环前缀
FFT积分区间
第三节、 OFDM多载波调制技术
三. OFDM系统性能
1. 抗脉冲干扰
OFDM系统抗脉冲干扰的能力比单载波系统强很多。
第三节、 OFDM多载波调制技术
一. OFDM基本原理
二. OFDM信号调制与解调
三. OFDM系统性能
一.OFDM基本原理
数字调制解调方式可采用并行体制。
多载波传输系统是指将高速率的信息数据流经串/并变换
分割为若干路低速率并行子数据流，然后每路低速率数据采 用一个独立的载波进行调制,最后叠加在一起构成发送信号。
Rb BOFDM N N 1 bit / s / Hz
• OFDM系统的频谱利用率比串行系统提高近一倍。
第四节、扩频调制技术
一.扩频调制原理
二.扩频码介绍
三.扩频调制性能
第四节、扩频调制技术
一.扩频调制原理
• 扩频(spread spectrum)通信是指用来传输信息的信号带宽远远 大于信息本身带宽的一种传输方式。 • 在通信的一些应用中，我们要考虑通信系统的多址能力，抗干 扰、抗阻塞能力以及隐蔽能力等。 • 扩频技术是解决以上问题的有效措施。 扩频通信理论基础来源于信息论中的香农公式：
0
m
(t ) cos mtdn (t ) cos ntdt 0
原信号的码宽为T，速率为1/T， OFDM信号的符号长度为Ts， Ts=MT。每个子载波速率为1/MT。 得每路子信号的带宽为△f=1/Ts
OFDM技术简介及应用现状
现代调制解调技术结课报告OFDM技术简介及应用现状班级：010912班姓名：***学号：********2012年11月30日OFDM技术简介及应用现状引言正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）多载波系统采用了正交频分信道，能够在不需要复杂的均衡技术情况下支持高速无线数据传输，并具有很强的抗衰落和抗符号间干扰的能力，在现代通信系统中应用广泛，有较好的发展前景。
一、OFDM技术简介正交频分复用是一种把高速率的串行数据通过频分复用来实现并行传输的多载波传输技术，其思想早在20世纪60年代就己经提出了，但由于并行传输系统需要基带成形捧波器阵列，正弦波载波发生器阵列及相干解调阵列，采用传统的模拟的方法实现是相当复杂的、昂贵的，因而早期并没有得到实际应用。
1971年，Weistein和Ebert提出了用离散傅立叶变换(DFT)来实现多载波调制，人们开始研究并行传输的多载波系统的数字化实现方法，将DFT 运用到OFDM的调制解调中，为OFDM的实用化奠定了基础，大大简化了多载波技术的实现。
运用DFT实现的OFDM系统的发送端不需要多套的正弦发生器，而接收端也不需要用多个带通滤波器来检测各路子载波，但由于当时的数字信号处理技术的限制，OFDM 技术并没有得到广泛应用。
80年代，人们对多载波调制在高速调制解调器、数字移动通信等领域中的应用进行了较为深入的研究，L.J.Cimini首先分析了OFDM在移动通信中应用中存在的问题和解决方法，从此以后，OFDM在无线移动通信领域中的应用得到了迅猛的发展。
近年来，由于数字信号处理技术(Digital Signal Processing, DSP)和大规模集成电路CPLD技术的飞速发展，使得当载波数目高达几千时也可以通过专用芯片来实现其DFT变换，大大推动了OFDM技术在无线通信环境中的实用化，OFDM技术在高速数据传输领域受到了人们的广泛关注。
OFDM技术介绍-原理、特点、发展、应用现状和前景
OFDM技术介绍－原理、特点、发展、应用现状与前景秦连铭(中国矿业大学（北京）信息工程研究所 100083 )摘要：OFDM技术是一种多载波调制技术，最初用于军事通信，由于采用DFT实现多载波调制，同时LSI 的发展解决了IFFT/FFT的实现问题以及其他关键技术的突破，OFDM开始向诸多领域的实际应用转化，现在成为一种很有发展前途的调制技术。
本文首先分析了OFDM的基本原理，并说明其技术优点和缺点，然后提及有关OFDM技术发展方面的一些信息。
现在，OFDM在许多领域取得成功应用，这里对有关无线局域网中的OFDM应用现状作了简要说明，对OFDM的应用前景也作了展望。
关键词：正交频分复用（OFDM）；原理；特点；发展；应用中图分类号：TN911.3文献标识码：A1．引言正交频分复用（OFDM）技术是一种多载波数字通信技术，它由多载波调制（MCM）技术发展而来，其显著特点是其利用的各子载波均为相互正交的，而一般的MCM技术可以是更多的子载波划分方法，这种技术在有线通信中通常称为离散多音调制（DMT）。
OFDM 调制技术的出现为实现高效的抗干扰调制技术和提高频带利用率开辟了一条的新路径，它的应用起源于20世纪50年代中期，首先应用于军事通信系统中，但因其设备结构复杂，限制了进一步发展。
20世纪70年代，人们提出了采用离散傅立叶变换(DFT)、快速傅立叶变换(FFT)实现多载波调制，使OFDM的实际应用成为可能。
20世纪80年代以来，大规模集成电路技术的发展解决了FFT的实现问题，随着DSP芯片技术的发展，格栅编码（TrellisCode）技术、软判决技术（SoftDecision）、信道自适应技术等的应用，OFDM技术开始从理论向实际应用转化。
20世纪90年代，OFDM开始被欧洲和澳大利亚应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）等。
此外，还由于其具有更高的频谱利用率和良好的抗多径干扰能力，也被看作第4代移动通信的核心技术之一。
ofdm
OFDM的不足之处为：峰均功率比大，对系统中的非线怀敏感；对定时和频率偏移敏感。
对相位噪声和载波频偏十分敏感。所需线性范围宽。ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
OFDM技术在各个领域的应用： OFDM技术在各个领域的应用： 技术在各个领域的应用
领域一:高清晰度数字电视广播 领域一 高清晰度数字电视广播 ：OFDM在数字广播电视系统中取得了广泛的应用， 其中数字音频广播（DAB）标准是第一个正式使用OFDM的标准。选择OFDM作为数字 音频广播和数字视频广播（DVB）的主要原因在于：OFDM技术可以有效地解决多径时 延扩展问题。不难看出，OFDM技术良好的性能使得它在很多领域得到了广泛的应用。 领域二： 领域二：无线局域网 ：技术的不断发展，引发了融合。一些4G及3.5G的关键技术， 如OFDM技术、MIMO技术、智能天线和软件无线电等，开始应用到无线局域网中，以 提升WLAN的性能。 领域三： 领域三：宽带无线接入 ： OFDM技术适用于无线环境下的高速传输，不仅应用于 无线局域网，还在宽带无线接入（BWA）中得到应用。IEEE 802.16工作组专门负责 BWA方面的技术工作，它已经开发了一个2GHz～11GHz BWA的标准—IEEE 802.16a， 物理层就采用了OFDM技术。该标准不仅是新一代的无线接入技术，而且对未来蜂窝移 动通信的发展也具有重要意义。 OFDM与下一代通信系统： 与下一代通信系统： 与下一代通信系统 由于信道传输特性不理想，各类无线和移动通信中普遍存在着符号间干扰(ISI)。 为了保证克服ISI，往往要求均衡器的抽头数很大，尤其是城市环境可能使得均衡器的 抽头数达上百。这样，必然大大增加了均衡器的复杂程度，使设备造价和成本大大提 高。为了能在下一代移动通信中有效解决这一问题，OFDM技术因其频谱利用率高和抗 多径衰落性能好而被普遍看好，以取代复杂而昂贵的自适应均衡器。
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OFDM正交频分复用技术的发展
移动无线信道的特征： 1）存在多径传输，导致接收端接收信号的 衰落起伏（瑞利分布、莱斯分布）；
通信原理
Principles of Communications
M.P: Email: or
Address：Department of Electronics & Information Science, School of Information Science&Engineering, Lanzhou University, Tianshui － 子兰 与州 信大 息学 科信 学息 系科 －学与工程2学02院1年电4月10日星期六
反之，当数字调制信号的带宽B越大于信道相关带宽Bc，
则经时变多径信道传输后，在信号带宽范围内的不同频率 分量的幅度相关性越小，因此不同频率分量通过信道传输 时会受到不相同的衰落，故称为频率选择性衰落。显然， 频率选择性衰落将使信号中的不同频率分量产生不相同的 幅度变化，造成接收信号的波形严重失真，导致码间干扰， 进而产生误码，此时的通信系统可视为宽带系统。
衰落分为平坦衰落（窄带时）以及频率 选择性衰落（宽带时）。 2）信道存在时变性，不是恒参信道；
以上这些都增加了信道接收端接收信号 的随机特性，对正确接收发送端的信息造成 很大的困难。
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OFDM正交频分复用技术的发展
关于利用信道均方根时延扩展στ参数对移动 信道在一定信道带宽时呈现平衰落还是频率 选择性衰落的判定准则：
第十五章 正交频分复用多载波调制技术
主要内容提要：
》OFDM正交频分复用技术的发展 》OFDM多载波调制技术基本原理 》OFDM调制的数字实现 》循环前缀 》OFDM系统的收发信机 》OFDM系统的峰均比 》载波频率偏移对子载波间干扰的影响 》OFDM系统的应用
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在时变多径衰落信道中发送一对正弦波
的频差为Δf,由于接收端的两个接收信号包
络为随机变量，其相关系数ρ将与频差Δf
有关。据Jake关系可知
1
1 2f
2
0
1 0 1
两信号不相关 两信号完全相关 两信号相关
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OFDM正交频分复用技术的发展
由此易知：
当数字调制信号的带宽B越小于信道相关带宽Bc，则经时
变多径信道传输后，在信号带宽范围内的不同频率分量的 幅度相关性越大，因此不同频率分量近似经历相同的衰落， 故称为平衰落。此时，由于平衰落对接收信号的波形无明 显的影响，故码间干扰可以忽略，该通信系统可视为窄带 系统。
信道相关带宽Bc：
由Jake关系，当相关系数取值为0.5时
对应的频差值Δf定义为信道的相关带宽，
即
1
Bc
其含义是：
f
|0.52
当Δf<< Bc时，ρ->1,说明两接收信号的幅
值高度相关，经历近似相等的衰落；
当Δf>>Bc时，ρ->0,说明两接收信号的幅
值不相关，经历接近完全独立的衰落过程。
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OFDM正交频分复用技术的发展
故此，在实际工程应用中，若由无线通信环 境得到信道的统计参量均方根时延扩展στ后， 应根据具体通信质量的要求，选取合适的数
字调制信号的符号间隔Ts，以确保在数字调
制信号带宽范围内近似为平衰落，以保证产 生较小的码间干扰。否则还需采用信号均衡 的措施来进一步减少码间干扰。
2
本章的教学基本要求
本章要求基本理解OFDM正交频分复 用技术及多载波调制技术的工作原理、 OFDM多载波调制技术基本原理、OFDM调 制的数字实现、循环前缀、 OFDM系统的 收发信机、OFDM系统的峰均比、载波频率 偏移对子载波间干扰的影响、OFDM系统的 应用。
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例题分析
解:（1）在室内情形
5n 0,sBcf|0.521 3.1M 8 zH ,据工程经验
可取 Ts 1 5 0.75 10 6s,故此 Rs1Ts1.3M 3 Symbo
（2）在室外情形
3μ 0,sBcf |0.521 5.3KzH ,据工程经验
3
§1. OFDM正交频分复用技术的发展
基于正交频分复用（OFDM）方式的多载波调制 技术是一种能够提供更高比特速率、抗频率选择 性衰落的现代通信技术。 对无线移动通信系统性能指标（有效性和可靠性） 的主要影响因素 1、有限带宽期望获得更高信息速率 EXP:无线区域网中，分配带宽20MHz，传输速率 高达54Mbit/s;
道从，而使每每个个子信信道道的所带经宽历的B小衰于落信可道以的近相似关为带平宽衰B落c 。，
可取 Ts 15 0.45 10 3s,故此 Rs 1Ts 2.2KSymbo
可见，多径的无线通信环境对于通信质量的 影响非常严重。为了避免码间干扰，数字调 制信号的最大符号速率将受到很大限制。
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正交频分复用OFDM多载波调制
用正交频分复用（OFDM）方式实现多载波调制 的基本思路和实现方案： 基本思路：将宽带信道分解为许多平行的窄子信
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例题分析
Exp：已知，室内信道的均方根时延扩展 στ≈50ns，室外微小区的στ≈30μs。试问， 若采用数字调制方式，能使码间干扰忽略的
最大符号速率Rs约为多少？
（提示：若要满足平衰落条件，那么信号
码元周期Ts与均方根时延扩展στ 应满足下 式： Ts > 15στ ）