OFDM
ofdm 多径效应
ofdm 多径效应
OFDM（正交频分复用）是一种用于数字通信系统的调制技术，它能够有效地处理多径效应。
多径效应是指信号在传播过程中经历多条路径，导致信号在接收端出现多个版本的延迟和幅度不同的信号叠加，从而造成接收端信号失真的现象。
OFDM技术能够有效地处理多径效应，主要有以下几个方面的原因：
1. 正交性，OFDM技术使用正交子载波进行数据传输，这些子载波之间正交分离，减少了子载波之间的干扰，从而能够更好地抵抗多径效应带来的干扰。
2. 符号周期长，由于OFDM符号周期相对较长，因此每个子载波的符号周期也相对较长，这使得每个子载波的传输符号时间远远大于信道的延迟散射时间，从而能够更好地抵抗多径效应。
3. 循环前缀，OFDM技术在每个OFDM符号的开头添加了循环前缀，循环前缀的长度通常大于信道的最大延迟，这样可以有效地消除多径效应带来的码间干扰。
4. 频谱利用率高，OFDM技术能够将信号分割成多个窄带的子载波进行传输，这样能够更好地适应频率选择性衰落的信道，从而减小多径效应对系统性能的影响。
总的来说，OFDM技术通过其正交性、符号周期长、循环前缀以及高频谱利用率等特点，能够有效地处理多径效应，提高系统的抗干扰能力和传输性能。
OFDM详解
Q1、为什么使用OFDM ？A1、OFDM 技术基于多载波，是正交的FDM ，可以用于提升容量，主要在基站侧使用。
早期的多载波方案：合路器：让多路信号共用一根馈线和一副天线；使用合路器的条件：载波的频率跨度不能太大，因为天线的增益与工作的频段相关。
使用合路器带来的挑战：ISI华为公司提出的专利——在基带实现多载波合路的OFDM 方案：在该方案中，用一个大的IFFT 承载多个载波，每个载波的数据放在大的IFFT 的输入端不同的区域，经过IFFT 后得到多个载波的基带信号，然后通过射频发送出去。
Q2、FDM 是正交技术吗？A2、FDM 也是正交技术，利用滤波器滤除其他载波的干扰，从而分离出指定的载波，属于功率正交。
Q3、FDM 正交的条件？A3、载波之间需要频率的保护间隔。
Q4、既然FDM 属于正交技术，那么为什么还会有OFDM 呢？A4、FDM 属于功率正交技术，而OFDM 属于能量正交技术，OFDM 的正交体现在子载波之间能量正交。
Q5、CDMA 与OFDM 之间的关系？A5、CDMA 使用的扩频码，一般为正交码，比如Walsh 码实现正交，用数学公式表示为： 如果只有一个数据符号为x (k )，使用长度为Q 的扩频码c (k)=[c 1(k),c 2(k),⋯,c Q (k)]T∈ℂQ×1,k =1,⋯,K ，扩频后的信号可以表达为x sp (k)=c (k)x (k)∈ℂQ×1,k =1,⋯,K在OFDM中数学过程相同，不同的是扩频码为复指数序列，即c(k)=[1,e j 2πQ(k−1),e j2πQ2(k−1),⋯,e j2πQ(Q−1)(k−1)]T∈ℂQ×1,k=1,⋯,K，复指数序列之间相互正交，实现能量正交。
如果由Ｋ个用户符号，则x sp=∑K k=1x(k)c(k)，用矩阵表示为x sp=Cx，其中x=[x(1),x(2),⋯,x(K)]T∈ℂK×1,k=1,⋯,K;C=[11⋯11e j2πQ⋯e j2πQ(K−1)⋮⋮⋱⋮1e j2πQ(Q−1)⋯e j2πQ(Q−1)(K−1)]∈ℂQ×K 。
OFDM原理及实现
2023-11-09•OFDM原理•OFDM实现的关键技术•OFDM系统设计目录•OFDM系统性能评估•OFDM系统应用01 OFDM原理OFDM（正交频分复用）是一种无线通信传输技术，其主要思想是将高速数据流分割为多个低速子数据流，并在多个正交子载波上并行传输。
OFDM技术可以有效抵抗多径效应和频率选择性衰落，提高频谱利用率，实现高速数据传输。
OFDM基本概念OFDM系统主要由调制器、IFFT/FFT变换器和并/串转换器等组成。
调制器负责将输入的数据符号调制到各个子载波上，IFFT/FFT变换器则进行时域/频域变换，实现子载波的并行传输，最后通过并/串转换器将数据符号转换为串行信号进行传输。
OFDM系统组成OFDM信号调制主要采用QAM（Quadrature Amplitude Modulation）等调制方式，将输入的数据符号调制到各个子载波上。
QAM是一种同时对幅度和相位进行调制的调制方式，其调制符号由幅度和相位共同表示。
OFDM信号解调需要经过串/并转换、FFT/IFFT变换、解调等步骤。
串/并转换器将接收到的串行信号转换为并行信号，然后通过FFT/IFFT变换器进行频域/时域变换，得到各个子载波上的数据符号。
最后，解调器对数据符号进行解调，恢复出原始的数据。
02 OFDM实现的关键技术IFFT和FFT算法快速傅里叶变换（FFT）算法FFT是一种高效计算离散傅里叶变换（DFT）及其逆变换的算法，用于将信号从时域转换到频域，以及从频域转换到时域。
在OFDM系统中，FFT用于接收端解调数据，而IFFT则用于发射端调制数据。
逆快速傅里叶变换（IFFT）算法IFFT是FFT的逆运算，用于将信号从频域转换到时域。
在OFDM系统中，IFFT用于将调制后的数据转换为时域信号进行发射。
为了消除多径效应和符号间干扰（ISI），OFDM系统在每个符号之间插入了一段保护间隔。
保护间隔通常为一段循环前缀，其长度与符号长度相同。
ofdm基带采样率 -回复
ofdm基带采样率-回复什么是OFDM基带采样率？OFDM（正交频分复用）是一种用于将高速数据信号分成多个低速子载波的技术。
每个子载波使用低速采样率来传输数据，从而降低了对系统的要求，并提高了信号的传输效率。
OFDM基带采样率则是指在OFDM系统中，用于采样基带信号的速率。
在OFDM系统中，数据信号先经过一个串行到并行（S/P）转换器，然后通过一个基带处理器进行离散傅里叶变换（DFT）。
DFT将时域的连续信号转换为频域的离散信号，这些离散信号被分成若干个子载波进行传输。
每个子载波的频率不同，从而可以实现多用户的同时传输。
OFDM系统的传输效率受到两个因素的影响：子载波数量和基带采样率。
子载波数量决定了系统的频带利用率，而基带采样率则决定了信号的频率分辨率。
基带采样率越高，系统能够更好地还原出原始信号的频率特征，从而提高了信号的传输质量。
基带采样率的计算方法是将子载波的带宽宽度除以子载波之间的间隔。
带宽宽度是指每个子载波所占用的频率范围，一般由OFDM系统的设计要求决定。
间隔则是指相邻子载波之间的频率间隔，也由系统设计要求决定。
例如，假设OFDM系统的带宽为10 MHz，有1000个子载波，那么每个子载波的带宽宽度为10 kHz（10 MHz / 1000）。
如果相邻子载波之间的间隔为5 kHz，那么基带采样率就是15 kHz（10 kHz + 5 kHz）。
基带采样率是OFDM系统中一个重要的参数，它直接影响着系统的数据传输速率和信号质量。
较高的基带采样率可以提高信号的频率分辨率，从而减小了子载波之间的干扰，提高了系统的抗干扰能力。
然而，较高的基带采样率也会增加系统的计算复杂度和功耗。
在实际应用中，设计者需要平衡系统的传输效率和计算复杂度，并根据具体应用场景来确定合适的基带采样率。
为了提高系统的灵活性，一些OFDM系统还采用了可变基带采样率的技术，在不同的工作模式下动态地调整采样率，以适应不同的网络环境和传输需求。
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时域长度
ofdm时域长度OFDM（正交分频多址）是一种现代调制技术，已广泛应用于无线通信系统中。
它的核心思想是将高速数据流分成多个较低速的子载波进行传输，同时这些子载波之间是正交的，因此可以有效地克服传统调制技术中面对多径衰落带来的码间干扰和频率选择性衰落问题。
而OFDM时域长度是指每个子载波时间域的持续时间，影响着OFDM系统的时频性能。
本文将详细介绍OFDM时域长度的重要性及其对系统性能的影响。
首先，我们需要了解OFDM时域长度的概念。
OFDM系统采用的是多载波调制技术，将高速数据流分解成多个低速子载波进行传输。
在时域中，每个子载波有自己的持续时间，这个持续时间就是时域长度。
时域长度取决于OFDM信号的周期性以及子载波的数量和间隔。
通常来说，时域长度的选择应充分考虑系统的性能要求和实际情况，即在保证系统工作正常的前提下尽可能减小时域长度，以提高系统的容量和效率。
对于OFDM系统来说，时域长度的主要影响因素是多径传播带来的时延扩展和频率选择性衰落。
在无线通信系统中，信号经过传播会遇到多个路径，每个路径上有不同的时延，这会导致信号波形的畸变。
而时延扩展会造成子载波间的串扰，影响系统的性能。
因此，适当选择合适的时域长度可以减小多径传播引起的时延扩展，提高系统的抗多径干扰能力。
另外，时域长度还应考虑到频率选择性衰落的影响。
频率选择性衰落指信号在频率上的衰落不均匀，引起不同子载波之间信号强度的差异。
选择合适的时域长度可以减小频率选择性衰落对子载波的影响，提高系统的传输可靠性。
在实际的无线通信系统中，时域长度还需要根据系统的带宽和信道条件进行调整。
尽管时域长度可以影响系统的性能，但过长的时域长度会使子载波之间的保护间隔增大，导致系统的有效载荷下降。
而过短的时域长度则会引起码间干扰，降低系统的传输质量。
因此，需要根据实际情况选择合适的时域长度以达到平衡。
此外， OFDM系统中的时域长度还与信号的传输速率密切相关。
ofdm基带采样率
ofdm基带采样率摘要：1.OFDM 技术简介2.OFDM 基带采样率的概念3.OFDM 基带采样率的影响因素4.采样率对OFDM 系统性能的影响5.提高采样率的方法正文：1.OFDM 技术简介OFDM(正交频分复用) 技术是一种广泛应用于数字通信领域的调制技术。
其主要思想是将高速数据流通过频谱分析，分解为多个低速子信道，每个子信道独立进行调制，最后再通过频谱合成将各个子信道合并。
这种技术可以有效地抵消多径效应和频率选择性衰落，提高信号传输质量和信道利用率。
2.OFDM 基带采样率的概念OFDM 基带采样率是指在OFDM 系统中，对数字信号进行采样的速率。
采样率的大小直接影响到信号的频谱分布和系统性能。
在实际应用中，OFDM 基带采样率的选择需要考虑到多种因素，如信道特性、信号处理能力、传输速率等。
3.OFDM 基带采样率的影响因素OFDM 基带采样率的选择主要受到以下几个因素的影响：(1) 信道带宽：信道带宽越大，需要的采样率就越高。
这是因为在高带宽信道中，信号的频谱分布更宽，需要更高的采样率才能保证信号的完整性。
(2) 信号处理能力：采样率越高，需要的信号处理能力就越强。
这会导致系统的复杂度和成本增加，因此需要在保证系统性能的同时，选择合适的采样率。
(3) 传输速率：采样率和传输速率密切相关。
在保证信号质量的前提下，提高采样率可以提高传输速率，但同时也会增加系统的复杂度和成本。
4.采样率对OFDM 系统性能的影响OFDM 系统的性能受到采样率的直接影响。
如果采样率过低，会导致信号的频谱分布不连续，出现所谓的混叠现象，严重影响系统性能。
反之，如果采样率过高，虽然可以避免混叠，但会增加系统的复杂度和成本，降低传输效率。
5.提高采样率的方法为了提高OFDM 系统的性能，可以采用以下几种方法提高采样率：(1) 增加信道带宽：通过增加信道带宽，可以提高采样率，从而提高系统性能。
(2) 采用更高效的调制方式：通过采用更高效的调制方式，可以在保证信号质量的前提下，降低采样率，提高传输效率。
ofdm的原理应用优缺点
OFDM的原理、应用、优缺点1. 原理OFDM（正交频分复用）是一种多载波调制技术，它把一个高速数据流分为多个低速子载波并将其进行正交，以提高频谱利用率和传输效率。
OFDM的原理可以简单描述为以下几个步骤：•数据编码：将需要传输的数据进行编码，常用的编码方式包括BPSK、QPSK、16QAM等。
•并行数据传输：将编码后的数据并行传输到不同的子载波上。
•子载波调制：子载波上对应的数据进行调制，常用的调制技术包括M-PSK、M-QAM等。
•频域正交化：使用IFFT（快速傅里叶变换）将并行传输的数据从时域转换到频域，并进行正交化处理。
•频域叠加：将正交化后的数据叠加到一起形成OFDM信号。
2. 应用OFDM技术在无线通信领域有广泛的应用，包括以下几个方面：•无线广播和电视：OFDM技术被用于数字电视和数字音频广播系统中，能够提供高质量的音视频传输和较强的抗干扰能力。
•移动通信：OFDM被应用于4G LTE和Wi-Fi等无线通信系统中，它能够有效地提高频谱利用率和数据传输速率，以满足高速数据传输的需求。
•光纤通信：OFDM技术也被应用于光纤通信领域，可以克服光纤传输中的色散和非线性失真等问题，并可以实现高容量的数据传输。
•电力线通信：OFDM还被应用于电力线通信系统中，将电力线转换为宽带通信媒介，实现家庭网络和智能电网的互联互通。
3. 优点OFDM技术具有以下几个优点：•高频谱利用率：OFDM技术将高速数据流分成多个低速子载波进行并行传输，能够有效地提高频谱利用率，降低频带需求。
•抗多径干扰能力强：OFDM技术在正交频域上传输数据，能够有效地抵抗多径衰落和间符号干扰，提高信号的传输可靠性。
•易于实现：OFDM技术的实现相对简单，只需进行傅里叶变换、调制和解调等基本处理，且计算复杂度较低。
•支持自适应调制：OFDM技术可以根据信道条件和数据传输需求动态调整子载波的调制方式和功率，以实现最优的传输性能。
4. 缺点尽管OFDM技术具有很多优点，但也存在一些缺点：•帧同步和频偏校正困难：OFDM技术对帧同步和频偏校正的要求较高，需要进行精确的定时和频率偏移处理。
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8
WCRL Seminar Series
LDPC Codes
OFDM Transmitter
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June 23, 2003
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16
West Virginia University
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LDPC Codes
Application: ADSL
• Coexistence with traditional telephone service • Private line with high SNR • Harmful cross talk • Asymmetric user model: Up to 1.5 Mbps download/Up to 128 kbps uploading • Upload: 25 kHz – 200 kHz/Download: 200 kHz – 1.1 MHz • Error correcting code: convolutional codes concatenated with Reed-Solomon codes • DMT (discrete multi-tone): a different name of OFDM • Dynamic channel load assignment • Echo cancellation for wider download bandwidth
June 23, 2003
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1
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LDPC Codes
Outline
1. Wireless communications • Motivation • Issues 2. Introduction of OFDM 3. Peak power reduction 4. Synchronization 5. Channel estimation 6. Applications
9 8 @ 6 3 0 17 2
...
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...
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June 23, 2003
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LDPC Codes
Advantages of OFDM
• Spectral efficiency – The orthogonal subchannels are spaced 1/T Hz apart and overlap in frequency • Simple implementation – IFFT/FFT pair – ADC/DAC pair • Mitigation of ISI – Cyclic prefix/suffix guard interval
June 23, 2003
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Motivation of Wireless Communications
• High data rate wireless applications – Wireless LAN applications – 3G cellular systems • High capacity – More users – More service ∗ Voice: low data rate, low latency, low QoS ∗ Data: high data rate, high latency, high QoS ∗ Video stream: high data rate, low latency, high QoS
June 23, 2003
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Limitations of the Radio Environment
• Path loss • Shadow fading • Multipath – Delay spread – Frequency-selective fading – Doppler spread • Interference
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Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) for Wireless Communications
Jian Sun
jian@ Wireless Communication Research Laboratory Lane Dept. of Comp. Sci. and Elec. Engr. West Virginia University
June 23, 2003
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LDPC Codes
Introduction to OFDM
• Multicarrier • OFDM • Impairments • Alternative forms
Hale Waihona Puke June 23, 2003
⇓
• τ is the rms delay spread τ • large T • Significant intersymbol interference (ISI) • Frequency selective fading
0
1 / 2τ
June 23, 2003
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0
1 / 2τ
June 23, 2003
West Virginia University
5
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LDPC Codes
Large Delay Spread ⇒ Frequency-Selective Fading
τ
• Two ray model
0 T 2T 3T 4T 5T 6T 7T
June 23, 2003
West Virginia University
12
WCRL Seminar Series
LDPC Codes
Disadvantages of OFDM
• Peak to average power ratio (PAPR) is high – High power transmitter amplifiers need linearlization – Low noise receiver amplifiers need large dynamic range • Capacity and power loss due to guard interval – Bandwidth and power loss due to the guard interval can be significant – The guard interval consumes 20% of the bandidth and transmit power in IEEE802.11a • Frequency offsets and phase noise sensitivity – Phase noise is especially acute at high carrier frequencies
June 23, 2003
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4
WCRL Seminar Series
LDPC Codes
Small Delay Spread ⇒ Flat Fading
1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0
τ
• Two ray model
0 2T
T
3T
⇓
• τ is the rms delay spread τ • small T • Negligible intersymbol interference (ISI) • Frequency flat fading
June 23, 2003
Value 48 4 52 ( = NSD + NSP ) 0.3125 MHz ( = 20 MHz / 4 ) 3.2 µs (= 1/∆f ) 16 µs (= TSHORT + TLON G ) 4.0 µs (= TGI + TF F T ) 0.8 µs (= TF F T /4) 1.6 µs (= TF F T /2) 8 µs (= 10 × TF F T /4) 16 µs (= TGI + 2 × TF F T )
6
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LDPC Codes
Bit Rate Limitations
τ Mobile (rural) Mobile (city) Microcells Large Building 25 µs 2.5 µs 500 ns 100 ns Maximum Bit Rate 8 kbps 80 kbps 400 kbps 2 Mbps
June 23, 2003
West Virginia University
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WCRL Seminar Series
LDPC Codes
Sample Design
• Goal – Transmit 1.2 Mb/s using QPSK with B = 800 kHz bandwidth channel – Delay span up to 20 µsec • Design – Assume a guard interval Tg = 40µsec – OFDM symbol duration Ts = 1/∆f = 160µsec – OFDM block length Tf = Ts + Tg = 200µsec – ∆f = 1/Ts = 6.25kHz ⇒ N = B/∆f = 128 subchannels – Assuming 4 guard channels on each end, there are 120 data subchannels, each transmitting 2 bits in 200 µsec Rb = 120 × 2bits = 1.2Mbits/sec 200µsec