4187.浅谈ofdm技术

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1、浅谈OFDM技术摘要：正交频分复用（OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing－OFDM）技术已经成为宽带无线传输领域的研究热点。作为一种多载波并行传输技术，OFDM技术通过将频率选择性多径衰落信道在频域内转换为平坦信道，可有效地对抗多径衰落的影响，成为下一代移动通信4G系统有竞争力的候选方案。关键词：OFDM，FFT/IFFT，循环前缀，保护间隔正文：未来宽带无线通信为了实现宽带、随时随地以任何方式进行信息交流的目标，要求具有高质量、高可靠性、高传输速率的移动通信技术。正交频分复用

2、(OFDM)技术由于支持高速数据传输、抗多径信道干扰以及频谱利用率高而日益受到重视。OFDM的提出已有约40多年的历史。1965年，R.W.Chang[1]首先提出了一种在带限信道上同时传输多路信息，能同时避免信道间干扰(ICI)和符号间干扰(ISI)的方法。这就形成了OFDM的雏形。1971年，Weinstein和Ebert采用离散傅里叶反变换(IDFT)和离散傅里叶变换(DFT)实现了调制与解调功能的建立[2]，大大简化了OFDM系统的实现方法。该系统采用保护间隔和升余弦窗的方法解决了ISI和ICI的问题，但在弥散

3、信道条件下，各个子载波之间没有完全正交。这就为OFDM进一步研究奠定了理论基础。1980年，Peled和Ruiz提出了采用循环前缀(CP)解决了正交性问题的方法[3]。至此，OFDM技术基本形成。进入20世纪90年代以后，随着DSP芯片技术和大规集成电路的发展，OFDM技术日益成熟并被广泛应用。OFDM技术由于支持高速数据传输、抗多径信道干扰以及频谱利用率高，而被普遍认为是4G移动通信系统的核心技术。OFDM是一种特殊的多载波传输方案，我们知道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，为什么O

4、FDM技术却倍受青睐，成为4G移动通信系统的核心技术呢？图（a）所示的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。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。图a传统的频分复用图（b）所示的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。重叠的谱的交点在信号功率比峰值功率低3dB处

5、。子载波之间的正交性通过交错同相和正交子带的数据得到，即将不同子载波数据流偏移半个码元。图b3dB频分复用图（c）所示的是OFDM方案，各子载波是互相正交的，且各子载波的频谱有1/2的重叠，此时的系统带宽比FDMA系统的带宽可以节省一半[4]，即如图（2）和图（3）所示，其频谱是正交的，如图（1）所示，频谱利用率高。图cOFDMOFDM可以被看作是一种调制技术，也可以被当成一种复用技术。OFDM技术的主要思想是：在频域内将传输频带分成许多正交子信道，在每个子信道上使用一个子载波进行调制，并且各个子载波并行传输[5]。由

6、于各个子载波相互正交，所以扩频调制后的频谱可以相互重叠，不但减小了子载波间的相互干扰，还大大提高了频谱利用率。图（4）为其原理框图。从上图可以看出OFDM技术包含几种关键的技术：1.OFDM是把高速数据流通过串并转换，将高速数据码流变成低速数据码流，然后调制到各个子载波上（QPSK或QAM），如将01010的数据码流经过串并转换分割成1010、1010、1010、1010四个较低比特数的码流（称为码字），显然，每个比特数据的持续时间的长度将增加（是原来的4倍），从而大大减少传输的误码率[6]。2.由于无线信道的多径效应

7、造成OFDM产生码间串扰ISI（如图5所示），使得接收信号相互重叠，因此发送前，OFDM系统在每个符号之间插入保护间隔，且保护间隔的长度一般大于无线信道的最大时延扩展。这样，一个符号的多径分量就不会对下一个符号造成干扰，可以最大限度地消除符号间干扰ISI。在这段保护间隔内可以不插任何信号，即是一段空白的传输时段（如图6所示）。但是在这种情况下，由于多径传播的影响，会破坏子载波的正交性，引起信道间干扰ICI（如图7所示）。为此需要在OFDM符号的保护间隔中填入循环前缀，即将OFDM符号的最后一些码元复制，再插入到本符号的

8、前面，这样时延小于保护间隔L的时延信号就不会在解调过程中产生ICI了[7]（如图8所示）。3.由于存在多径接收的原因，无线信道的频率响应曲线，大多是非平坦的，而OFDM技术的主要思想就是在频域内将给定信道分成许多正交子信道，在每个子信道上使用一个子载波进行调制（采用QPSK或QAM调制），并且各子载波并行传输，这样，尽管总的信道是