第4章数字调制技术教材

MCM中这一条并不总能成立。
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一、多载波调制技术的基本原理

4. 多载波的主要优点与缺点

与单载波系统相比多载波的主要优点有：
① OFDM系统对脉冲干扰的抵抗能力要比单载波系统大
得多，这是因为OFDM信号的解调是在一个很多的符号 周期内积分，从而使脉冲干扰的影响得以分散。提交 CCITT的测试报告表明，能引起多载波系统发生错误脉 冲噪声的门限电平比单载波系统约高11dB。
令上式等于0的条件是：
( f k f i )Ts m 和 ( f k f i )Ts n 其中m = 整数和n = 整数；并且k和i可以取任意值。 由上式解出，要求 fk = (m + n)/2Ts， fi = (m – n)/2Ts
即要求子载频满足 fk = k/2Ts ，式中 k = 整数；且要求子载 频间隔f = fk – fi = n/Ts，故要求的最小子载频间隔为 fmin = 1/Ts 这就是子载频正交的条件。

4. 多载波的主要优点与缺点

多载波系统的主要缺点：
① 多载波通信系统对符号定时和载波频率偏差比单 载波系统敏感。 ② 多载波信号是多个单载波信号的迭加，因此其峰 值功率与平均功率的比值大于单载波系统，它对 前端放大器的线性要求较高。
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一、多载波调制技术的基本原理

多载波调制原理
|C(f)| f Ts
B
f
单载波调制 c(t) t
|C(f)|
f
t
B f 多载波调制 NTs t
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多载波调制原理
2019年4月21日星期日一、多Leabharlann 波调制技术的基本原理
在单载波系统中，一次衰落或者干扰就可以导致整个传输链路失 效，但是在多载波系统中，某一时刻只会有少部分的子信道会受 到深衰落或干扰的影响，因此多载波系统具有较高的传输能力以 及抗衰落和干扰能力。 在多载波传输技术中，对每一路载波频率（子载波）的选取可以 有多种方法，它们的不同选取将决定最终已调信号的频谱宽度和 形状。

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一、多载波调制技术的基本原理

2. 多载波传输系统原理图
信 源 串 并 变 换 编码 映射 调 f N 1 制 器
f1 f2

\
· · ·
· · ·
· · ·
fN
信道
信 宿
并 串 变 换
译码 判决
相干 解调
· · ·
· · ·
\
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一、多载波调制技术的基本原理
② 抗多径传播与频率选择性衰落能力强，由于OFDM系
统把信息分散到许多个载波上，大大降低了各子载波的 信号速率，从而能减弱多径传播的影响，若再通过采用 保护间隔的方法，甚至可以完全消除符号间干扰。
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一、多载波调制技术的基本原理

4. 多载波的主要优点与缺点

与单载波系统相比多载波的主要优点有：
1 T 1 T cos[(2 ( f k f i )t k i ]dt cos[(2 ( f k f i )t k i )dt 0 2 0 2 0
它的积分结果为
sin2 ( f k f i )Ts k i sin2 ( f k f i )Ts k i 2 ( f k f i ) 2 ( f k f i ) sin k i sin k i 0 2 ( f k f i ) 2 ( f k f i )
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二、OFDM基本原理
sin2 ( f k f i )Ts k i sin2 ( f k f i )Ts k i 2 ( f k f i ) 2 ( f k f i ) sin k i sin k i 0 2 ( f k f i ) 2 ( f k f i )
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二、OFDM基本原理

OFDM体制的频带利用率
设一OFDM系统中共有N路子载波，子信道码元持续时间 为Ts，每路子载波均采用M 进制的调制，则它占用的频 带宽度等于 N 1
BOFDM Ts
频带利用率为单位带宽传输的比特率：
B / OFDM
当N很大时， B / OFDM log2 M 若用单个载波的M 进制码元传输，为得到相同的传输速 率，则码元持续时间应缩短为(Ts /N)，而占用带宽等于 (2N/Ts)，故频带利用率为
复习DFT公式
设一个时间信号s(t)的抽样函数为s(k)，其中k = 0, 1, 2, … , K– 1，则s(k)的离散傅里叶变换(DFT)定义为：
S ( n) 1 s ( k )e K
k 0 K 1 j ( 2 / K ) nk
(n 0, 1, 2, , K 1)
并且S(n)的逆离散傅里叶变换(IDFT)为：
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二、OFDM基本原理
在子载波受调制后，若采用的是BPSK、QPSK、4QAM、 64QAM等类调制制度，则其各路频谱的位置和形状没有改 变，仅幅度和相位有变化，故仍保持其正交性，因为k和i 可以取任意值而不影响正交性。 各路子载波的调制制度可以不同，按照各个子载波所处频 段的信道特性采用不同的调制制度，并且可以随信道特性 的变化而改变，具有很大的灵活性。这是OFDM体制的又 一个重要优点。
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一、多载波调制技术的基本原理

5. 多载波系统的实际应用
①多载波系统已成功地应用于接入网中的高速数字环 路HDSL，非对称数字环路ADSL。 ②数字音频广播DAB，欧洲DAB标准就是采用OFDM 技术。 ③高清晰度电视HDTV的地面广播系统。 ④高速移动通信领域，比如它是第三代移动通信准备 采用的后备技术之一。
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二、OFDM基本原理

1、表示式
设在一个OFDM系统中有N个子信道，每个子信道 采用的子载波为
xk (t ) Bk cos(2f k t k ) k 0, 1, , N 1
式中，Bk － 第k路子载波的振幅，它受基带码元的调制 fk － 第k路子载波的频率 k － 第k路子载波的初始相位 则在此系统中的N路子信号之和可以表示为
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二、OFDM基本原理

2、OFDM的频域特性
设在一个子信道中，子载波的频率为fk、码元持续时间为 Ts，则此码元的波形和其频谱密度画出如下图：
fk+1/Ts
t Ts
fk
f
在OFDM中，各相邻子载波的频率间隔等于最小容许间隔
f 1 / Ts
故各子载波合成后的频谱密度曲线如下图
s (k )
1 K
j ( 2 / K ) nk S ( n ) e n 0
K 1
(k 0, 1, 2, , K 1)
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二、OFDM基本原理
若信号的抽样函数s(k)是实函数，则其K点DFT的值S(n)一定 满足对称性条件： S ( K k 1) S * (k ) (k 0, 1, 2, , K 1) 式中S*(k)是S(k)的复共轭。 现在，令OFDM信号的k＝0，则式

子载波频率设置
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(a) 传统的频分复用； (b) 3 dB频分复用； (c）OFDM
一、多载波调制技术的基本原理
第 1种方法是：各子载波间的间隔足够大，从而使各路子载波 上的已调信号的频谱不相重叠，如图（a）所示。该方案就是传统 的频分复用方式，即将整个频带划分成 N个不重叠的子带，每个子 带传输一路子载波信号，在接收端可用滤波器组进行分离。这种方 法的优点是实现简单、直接；缺点是频谱的利用率低，子信道之间 要留有保护频带，而且多个滤波器的实现也有不少困难。 第2种方法是：各子载波间的间隔选取，使得已调信号的频谱部 分重叠， 使复合谱是平坦的，如图（b）所示。重叠的谱的交点在 信号功率比峰值功率低3 dB处。子载波之间的正交性通过交错同相 或正交子带的数据得到(即将数据偏移半个码元周期)。 第3种方案是：各子载波是互相正交的，且各子载波的频谱有 1/2的重叠。如图（c）所示。该调制方式被称为正交频分复用 (OFDM)。 此时的系统带宽比FDMA系统的带宽可以节省一半。
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二、OFDM基本原理
f
f
fk fk＋2/Ts fk＋1/Ts
虽然由图上看，各路子载波的频谱重叠，但是实际上在一个码元持 续时间内它们是正交的。故在接收端很容易利用此正交特性将各路 子载波分离开。采用这样密集的子载频，并且在子信道间不需要保 护频带间隔，因此能够充分利用频带。这是OFDM的一大优点。
③ 采用动态比特分配技术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。即要求各子信道功率分配 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 频谱效益比串行系统提高近一倍。
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一、多载波调制技术的基本原理
s(t )＝ xk (t ) Bk cos(2f k t k )
k 0 k 0 N 1 N 1
上式可以改写成
s(t ) Bk e j 2f k t k
k 0
N 1
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二、OFDM基本原理