正交频分复用(OFDM)原理及其实现.
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
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实现原理
ofdm实现原理OFDM（正交频分复用）是一种多载波调制技术，常用于无线通信系统中。
它的基本原理是将高速数据流分成多个低速子载波，然后将它们正交地叠加在一起进行传输。
OFDM的实现原理可以分为信号分割、子载波调制、并行传输和信号合并几个步骤。
在OFDM系统中，将要传输的高速数据流分成多个低速子载波。
这个过程称为信号分割。
通过将高速数据流分成多个低速子载波，可以降低每个子载波的传输速率，从而减小了信号传输过程中的频率扩展和码间干扰。
常见的分割方法有快速傅里叶变换（FFT）和离散余弦变换（DCT）。
接下来，对每个子载波进行调制。
调制方式可以根据实际需要而定，常见的调制方式有相位调制、振幅调制和正交振幅调制。
调制后的每个子载波携带了一部分原始信号的信息。
这些子载波之间是正交的，即它们的频率相互独立且互不干扰。
然后，将调制后的子载波并行传输。
每个子载波独占一部分频谱，通过并行传输可以充分利用频谱资源。
并行传输还可以提高系统的容量和抗干扰能力。
在并行传输过程中，可以采用不同的调制方式和编码方式，以适应不同的信道环境和传输要求。
将所有子载波的信号合并成一个OFDM信号进行发送。
在接收端，通过反向过程，将接收到的OFDM信号分解成多个子载波，并进行解调和解码，还原出原始的高速数据流。
OFDM的实现原理使得它在无线通信系统中具有很多优势。
首先，它可以有效地抵抗多径干扰。
由于每个子载波的带宽相对较窄，所以在多径传输环境中，不同子载波的传播时延可以被视为相等，从而减小了码间干扰。
其次，OFDM可以充分利用频谱资源。
由于子载波之间是正交的，所以可以将它们紧密地排列在一起，提高频谱利用率。
此外，OFDM还具有较好的抗频偏性能，能够适应高速移动和多用户同时传输的场景。
OFDM通过将高速数据流分割成多个低速子载波，并进行调制和并行传输，实现了高效的无线通信。
它的实现原理使得它在抗干扰、频谱利用和抗频偏等方面具有优势，被广泛应用于各种无线通信系统中。
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。
OFDM原理及实现
OFDM原理及实现OFDM，即正交频分复用，是一种在无线通信领域广泛应用的调制技术。
它通过将高速数据流拆分成多个较低速的子载波，在频域上正交传输，以增加数据传输的可靠性和效率。
本文将介绍OFDM的原理及其实现。
OFDM的原理基于频域与时域的转换。
它将高速数据流拆分成多个较低速的子载波，并将它们在频域上正交传输。
因为正交的子载波之间没有干扰，所以可以更有效地传输数据。
OFDM的频谱利用率也很高，可以达到90%以上。
在OFDM系统中，先将待传输的数据分割成多个子信号，然后将这些子信号变换到频域。
这个变换过程一般使用快速傅里叶变换（FFT）。
每个子信号对应一个子载波，它们在频域上呈现正交的关系。
在频域上，OFDM信号的每个子载波都是一个独立的调制信号。
这些子载波的频率可以根据需要设置，在实际系统中，一般是均匀地分布在整个带宽上。
每个子载波都可以采用不同的调制方式，以适应不同的传输环境和信道条件。
在接收端，OFDM信号需要经过反向变换，即反快速傅里叶变换（IFFT）。
IFFT可以将频域上的信号变换回时域。
反向变换后，将得到多个并行的子信号，然后将它们合并成一个完整的接收信号。
OFDM的实现需要解决几个关键问题。
首先是子载波单载波的调制问题。
一般采用相位偏移键控（PSK）、正交相分量调制（QAM）等调制方式。
其次是FFT和IFFT算法的实现。
FFT是OFDM的关键技术之一，需要使用高效的算法来实现高速的计算。
目前，有许多快速傅里叶变换算法可供选择，如快速傅里叶变换（Cooley-Tukey算法）和基于排序的快速傅里叶变换。
最后是频偏和多径干扰的抑制问题。
OFDM在接收端往往会受到频偏和多径干扰的影响，需要采取相应的技术来抑制这些干扰，如导频插入和信道估计。
OFDM广泛应用于许多无线通信标准中，如Wi-Fi、LTE和数字电视等。
它由于具有高频谱利用率、抗多径干扰能力强等优点，成为了现代无线通信的重要技术之一总之，OFDM通过将高速数据拆分成多个较低速的子载波，在频域上正交传输，增加了数据传输的可靠性和效率。
OFDM系统的仿真与实现
OFDM系统的仿真与实现1.OFDM系统基本介绍正交频分复用（OFDM）技术与已经普遍熟知应用的频分复用（FDM：Frequency Division Multiplexing）技术十分相似，与FDM基本原理相同，OFDM把高速的数据流通过串并变换，分配到速率相对较低的若干个频率子信道中进行传输，不同的是，OFDM技术利用了更好的控制方法，使频谱利用率有所提高。
OFDM与FDM的主要差别为以下几方面：第一：在常规的广播系统中，每一个无线站在不同的频率上发送信号，有效的运用FDM 来保证每个站点的分隔，广播系统中的每一个站点没有任何的同位或同步；但使用OFDM传播技术，譬如DAB，从多个无线站来的信息信号被组合成一个单独的复用数据流，这些数据是由多个子载波密集打包组成，然后将在OFDM体系中传输，在OFDM信号内的所有子载波都是在时间和频率上同步的，使子载波之间的干扰被严格控制。
这些复用的子载波在频域中交错重叠，但因为调制的正交性且采用循环前缀作为保护间隔，所以不会发生载波间干扰ICI （Inter-Carrier Interference）。
第二：对传统的频分复用（FDM）系统而言，传播的信号需要在两个信道之间存在较大的频率间隔即保护带宽来防止干扰，这降低了全部的频谱利用率；然而应用OFDM的子载波正交复用技术大大减少了保护带宽，提高了频谱利用率。
如错误!未找到引用源。
在早期时候，正交频分复用（OFDM）系统中，各子载波采用正交滤波器将信道分成多个子信道，但要用很多的滤波器，尤其是当路数增多的时候。
1971年，Weinstein及Ebert等将DFT应用在多载波传输系统中，从而很方便地实现了多路信号的复合和分解。
OFDM系统的一个重要优点就是可以利用快速傅立叶变换实现调制和解调，从而大大简化系统实现的复杂度。
For personal use only in study and research; not for commercial use图 1-1 FDM与OFDM带宽利用率的比较正交频分复用（OFDM）系统是一种特殊的多载波传输方案，它可以被看作是一种调制技术，也可以被当作一种复用技术。
OFDM的原理与应用
OFDM的原理与应用OFDM（正交频分复用）是一种基于频域传输的调制技术，其原理是将高速数据流分为多个低速子载波，然后将这些子载波正交分割，相互之间不会产生干扰。
OFDM技术具有分频复用、抗多径干扰、高频谱利用率等优点，被广泛应用于无线通信、数字电视、宽带接入等领域。
OFDM的原理主要包括子载波分割、调制和FFT（快速傅里叶变换）三个步骤。
首先，将高速数据流分为多个不同频率的子载波，以降低每个子载波的传输速率。
然后，对这些子载波进行调制，将数据编码为正弦或余弦波形。
最后，使用FFT将调制后的子载波合并为一个频域信号，并通过信道进行传输。
OFDM技术具有以下几个重要应用：1.无线通信：OFDM广泛应用于无线通信领域，如Wi-Fi（无线局域网）、LTE（长期演进）等。
由于OFDM技术对多径干扰具有较强的抵抗能力，能够有效提高系统的容量和覆盖范围。
2.数字电视：OFDM被用于数字电视领域，如DVB-T（数字视频广播-地面传输）和DVB-T2等系统。
通过将数字电视信号分成多个子载波，OFDM技术能够有效抵抗多径干扰和频率选择性衰落，提高信号质量和传输效率。
3.宽带接入：OFDM也被用于宽带接入技术，如ADSL（非对称数字用户线路）和VDSL（对称数字用户线路）。
OFDM技术可以利用传输线路的频域衰减特性，提高传输速率和抗干扰能力，实现高速宽带接入。
4.光纤通信：OFDM技术也可以应用于光纤通信系统中，如CO-OFDM （相干光正交频分复用）系统。
通过将光信号分割为多个子载波，CO-OFDM可以提高光纤通信系统的容量和传输距离。
总结起来，OFDM技术的优点在于其对频域干扰和多径干扰有较强的抵抗能力，能够提高系统的性能和可靠性。
随着无线通信和数字传输技术的不断发展，OFDM技术将继续在各个领域发挥重要作用。
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正交频分复用（OFDM）原理及其实现
高建勤熊淑华
（四川大学电子信息学院成都610064 ）
摘要本文介绍了正交频分复用(OFDM)技术的基本原理，讨论了OFDM系统的实现方法，并简要分析了OFDM系统的性能特点。
关键词正交频分复用（OFDM）调制解调
The Fundamental and Implementation of OFDM
Gao Jianqin Xiong Shuhua
(College of Electronics & Information Engineering, Sichuan University, Chengdu 610064 ) Abstract：In this paper, the principle of OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) is firstly introduced, and then its methods to implement are discussed. Finally, the performance properties of OFDM system are given briefly.
Key words：Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) Modulation Demodulation 1.引言
在现代通信系统中，如何高速和可靠地传输信息成为人们关注的一个焦点。
虽然现在数据传输理论和实践已经取得了相当大的进展，但是随着通信的发展，特别是无线通信业务的增长，可以利用的频率资源日趋紧张。
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。
OFDM调制技术的应用可以追溯到二十世纪60年代，主要用于军用的高频通信系统，也曾被考虑应用于高速调制解调器。
目前OFDM技术已经被广泛应用于广播式的音频和视频领域和民用通信系统中，主要的应用包括：非对称的数字用户环路（ADSL）、ETSI标准的数字音频广播（DAB）、数字视频广播（DVB）、高清晰度电视(HDTV)、无线局域网（WLAN）等。
本文简要叙述了正交频分复用技术的基本原理和OFDM系统的实现方法，最后总结了OFDM系统的性能特点。
2.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。
为了降低OFDM系统的复杂度和成本，我们考虑用离散傅立叶变换（DFT）和反变换（IDFT）来实现上述功能。
如果在发送端对D(m)做IDFT，把结果经信道发送到接收端，然后对接收到的信号再做DFT，取其实部，则可以不失真地恢复出原始信号D(m)。
这样就可以利用离散傅立叶变换来实现OFDM信号的调制和解调。
实现框图如图4和图5所示。
用DFT和IDFT实现的OFDM系统，大大降低了系统的复杂度，减小了系统成本，为OFDM的广泛应用奠定了基础
4.OFDM系统的性能特点
通过各个子载波的联合编码，OFDM具有很强的抗衰落能力，同时也有很强的抗窄带干扰能力，因为这些干扰仅仅影响到很小一部分的子信道。
OFDM系统可以有效地抗信号波形间干扰，适用于多径环境和衰落信道中的高速数据传输。
OFDM信道利用率高，这点在频谱资源有限的无线环境中尤其重要。
但是OFDM存在两个缺陷：对频率偏移和相位噪声比较敏感；峰值与平均值比相对较
大，这个比值变大会降低射频发射器的功率效率。
图3 OFDM 解调器
D(k) 串行
d(n ) d(t) 数据
图4 用离散傅立叶变换实现OFDM 的调制器
D(k) 串行
d(n ) d(t)
数据
图5 用离散傅立叶变换实现OFDM 的解调器 结束语
本文较详细地叙述了OFDM 技术的基本原理，实现和它的性能特点。
OFDM 由于其频谱利用率高、成本低等原因越来越受到人们的关注。
现在OFDM 技术得到了广泛应用，尤其是在移动通信领域，预计第三代以后的移动通信的主流技术将是OFDM 技
参考文献
数据 串并IDFT D/A 变 换 低通数据 并串DFT A/D 变 换 低通
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