,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,“,”,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,“,”,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,OFDM,技术及其应用,电子信息工程,2012213725,OFDM技术及其应用电子信息工程,1,OFDM,技术及其应用,OFDM,的基本概念,OFDM,的基本原理,OFDM,的技术优势,OFDM,的实际应用,OFDM技术及其应用OFDM 的基本概念,2,OFDM,的基本概念,OFDM,（,Orthogonal Frequency Division Multiplexing,）,正交频分复用,将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到在每个子信道上进行传输。正交信号可以通过在接收端采用相关技术来分开，这样可以减少子信道之间的相互干扰,(ISI),。每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此每个子信道上可以看成平坦性衰落，从而可以消除码间串扰，而且由于每个子信道的带宽仅仅是原信道带宽的一小部分，信道均衡变得相对容易。,OFDM 的基本概念OFDM（Orthogonal Freq,3,OFDM,的基本概念,OFDM,，多载波调制的一种，主要思想为：将经过,QPSK,16QAM,或者,64QAM,调制的高速串行数据转换成并行的多路较低速的子数据流。然后调制到相互正交的子载波上，并行发射出去，这些子载波相互正交，频带可以有所重叠，不同于传统的频分复用技术。,OFDM 的基本概念 OFDM，多载波调制的一种,4,OFDM,的基本概念,在总传输速率相同的情况下，并行方式代替以前的串行方式，每个码元的传输周期可以适当加长，抵抗码间干扰的能力就大大增加；就像机械弩并行连发数箭的方式可以适当延长发箭的间隔，但箭的杀伤力没有减弱。,OFDM 的基本概念 在总传输速率相同的情况下，,5,OFDM,的基本原理,时域上的,OFDM:,Sin(t),与,sin(2t),是正交的，,在下图中,0,2,的区间内，采用最易懂的幅度调制方式传送信号：,sin(t),传送信号,a,，因此发送,a,sin(t),，,sin(2t),传送信号,b,，因此发送,b,sin(2t),发送,a,信号的,sin(t),OFDM 的基本原理时域上的OFDM:发送a信号的sin(t,6,OFDM,的基本原理,发送,b,信号的,sin(2t),OFDM 的基本原理发送b信号的sin(2t),7,OFDM,的基本原理,因此在信道中传送的信号为,asin(t)+bsin(2t),。其中,sin(t),和,sin(2t),为载波，,a,、,b,为所要发射的信号，在接收端，分别对接收到的信号作关于,sin(t),和,sin(2t),的积分检测，就可以得到,a,和,b,了。,发送在无线空间的叠加信号,a,sin(t)+b,sin(2t),OFDM 的基本原理因此在信道中传送的信号为asin(t),8,OFDM,的基本原理,接收信号乘,sin(t),，积分解码出,a,信号。,OFDM 的基本原理接收信号乘sin(t)，积分解码出a信号,9,OFDM,的基本原理,接收信号乘,sin(2t),，积分解码出,b,信号,OFDM 的基本原理接收信号乘sin(2t)，积分解码出b信,10,OFDM,的基本原理,流程图,OFDM 的基本原理流程图,11,OFDM,的基本原理,将,sin(t),和,sin(2t),扩展到更多的子载波序列,sin(2,ft),，,sin(2,f2t),，,sin(2,f3t),.,sin(2,fkt)(,例如,k=16,，,256,，,1024,等,),，其中，,2,是常量；,f,是事先选好的载频间隔，也是常量。,1t,2t,3t,.,kt,保证了正弦波序列的正交性。,将,cos(t),也引入。,cos(t),与,sin(t),是正交的，也与整个,sin(kt),的正交族相正交。同样，,cos(kt),也与整个,sin(kt),的正交族相正交。因此发射序列扩展到,sin(2,ft),sin(2,f2t),sin(2,f3t),.,sin(2,fkt),cos(2,ft),cos(2,f2t),cos(2,f3t),.,cos(2,fkt),经过前两步的扩充，选好了,2,组正交序列,sin(kt),和,cos(kt),，这只是传输的,介质,。真正要传输的信息还需要调制在这些载波上，即,sin(t),sin(2t),.,sin(kt),分别幅度调制,a1,a2,.,ak,信号,cos(t),cos(2t),.,cos(kt,),分别幅度调制,b1,b2,.,bk,信号。这,2n,组互相正交的信号同时发送出去,OFDM 的基本原理将sin(t)和sin(2t)扩展到更多,12,OFDM,的基本原理,f(t)=a1sin(2,ft)+,a2sin(2,f2t)+,a3sin(2,f3t)+,.,aksin(2,fkt)+,b1sin(2,ft)+,b2sin(2,f2t)+,b3sin(2,f3t)+,.,bksin(2,fkt)+,=,aksin(2,fkt)+bkcos(2,fkt),为了方便进行数学处理，上式有复数表达形式如下：,f(t)=Fke(j2fkt),上面的公式可以这样看：每个子载波序列都在发送自己的信号，互相交叠在空中，最终在接收端看到的信号就是,f(t),。接收端收到杂糅信号,f(t),后，再在每个子载波上分别作相乘后积分的操作，就可以取出每个子载波分别承载的信号了。,OFDM 的基本原理f(t)=a1sin(2f,13,OFDM,的基本原理,时域上的,OFDM,系统图：,OFDM 的基本原理时域上的OFDM系统图：,14,OFDM,的基本原理,频域上的,OFDM,在时域中主要讨论了,O(,正交,),是如何发挥作用的，下面主要讨论,FDM,常规,FDM,的系统图：,常规,FDM,，两路信号频谱之间有间隔，互相不干扰,OFDM 的基本原理频域上的OFDM常规FDM，两路信号频谱,15,OFDM,的基本原理,为了更好的利用系统带宽，子载波的间距可以尽量靠近些。,靠得很近的,FDM,，实际中考虑到硬件实现，解调第一路信号时，已经很难完全去除第二路信号的影响了两路信号互相之间可能已经产生干扰了,OFDM 的基本原理为了更好的利用系统带宽，子载波的间距可以,16,OFDM,的基本原理,还能再近些吗？,OFDM 的基本原理还能再近些吗？,17,OFDM,的基本原理,当两个子载波继续靠近，靠近近到完全等同于奈奎斯特带宽时，频带的利用率就达到了理论上的最大值。,继续靠近，间隔频率互相正交，因此频谱虽然有重叠，但是仍然是没有互相干扰的。神奇的,OFDM,OFDM 的基本原理当两个子载波继续靠近，靠近近到完全等同于,18,OFDM,的基本原理,对限制在,0,2,内的,sin(t),信号，相当于无限长的,sin(t),信号乘以一个,0,2,上的门信号（矩形脉冲），其频谱为两者频谱的卷积。,sin(t),的频谱为冲激，门信号的频谱为,sinc,信号（即,sin(x)/x,信号）。冲激信号卷积,sinc,信号，相当于对,sinc,信号的搬移。所以分析到这里，可以得出,FDM,的时域波形其对应的频谱如下：,限定在,0,2,内的,asin(t),信号的频谱，即以,sin(t),为载波的调制信号的频谱,OFDM 的基本原理对限制在0,2内的sin(t)信号,19,OFDM,的基本原理,sin(2t),的频谱分析基本相同。需要注意的是，由于正交区间为,0,2,，因此,sin(2t),在相同的时间内发送了两个完整波形。相同的门函数保证了两个函数的频谱形状相同，只是频谱被搬移的位置变了,：,限定在,0,2,内的,bsin(2t),信号的频谱，即以,sin(2t),为载波的调制信号的频谱,OFDM 的基本原理sin(2t)的频谱分析基本相同。需要注,20,OFDM,的基本原理,将,sin(t),和,sin(2t),所传信号的频谱叠加在一起，如下：,asin(t)+bsin(2t),信号的频谱,OFDM 的基本原理将sin(t)和sin(2t)所传信号的,21,OFDM,的基本原理,频域上两个正交子载波的频谱对比图,asin(t)+bsin(2t),信号的频谱,两幅图相似是因为基带信号在传输前，一般会通过脉冲成型滤波器的结果。,这样可以有效的限制带宽外部的信号，在保证本路信号没有码间串扰的情况下，既能最大限度的利用带宽，又能减少子载波间的各路信号的相互干扰。,OFDM 的基本原理频域上两个正交子载波的频谱对比图asi,22,OFDM,的基本原理,奈奎斯特准则的两个推论：,对于理想低通信道，奈奎斯特带宽,W=1/(2T),对于理想带通信道，奈奎斯特带宽,W=1/T,从下图可以看出信号的实际带宽,B,是要大于奈奎斯特带宽,W,（低通的,1/(2T),或者带通的,1/T,）的。,OFDM 的基本原理奈奎斯特准则的两个推论：从下图可以看出信,23,OFDM,的基本原理,列出奈奎斯特第一准则，还有一个重要目的就是说明下频带利用率的问题,_,。,频带利用率是码元速率,1/T,和带宽,B(,或者,W),的比值,。,理想情况下，低通信道传实数信号，频带利用率为,2Baud/Hz,；带通信道传复数，频带利用率同样为,2Baud/Hz,实际情况下，因为实际带宽,B,要大于奈奎斯特带宽,W,，所以实际,FDM,系统的频带利用率会低于理想情况。,OFDM 的基本原理列出奈奎斯特第一准则，还有一个重要目的就,24,OFDM,的基本原理,【,图穷匕见的时刻,】,_,OFDM,的子载波间隔最低能达到奈奎斯特带宽，也就是说（在不考虑最旁边的两个子载波情况下），,OFDM,达到了理想信道的频带利用率,。,OFDM 的基本原理【图穷匕见的时刻】,25,OFDM,的优势,频谱效率高,由于,FFT,处理使各子载波可以部分重叠，理论上可以接近奈奎斯特极限。以,OFDM,为基础的多址技术,OFDMA(,正交频分多址,),可以实现小区内各用户之间的正交性，从而有效地避免了用户间干扰。这使,OFDM,系统可以实现很高的小区容量。,带宽扩展性强,由于,OFDM,系统的信号带宽取决于使用的子载波的数量，因此,OFDM,系统具有很好的带宽扩展性。小到几百,