【《正交频分复用技术（OFDM）概述》2400字】

正交频分复用技术（OFDM）概述目录TOC\o"1-3"\h\u14904正交频分复用技术（OFDM）概述 114491.1OFDM技术概述 185021.2OFDM的正交条件 2324201.3OFDM的时域与频域分析 3作为4G中应用最广泛的空中接口技术方案，OFDM是LTE物理层中最基础的调制复用技术，具有频带效率高对基带传输的适应性高且对多径衰落带来码间串扰有高抗性等优点。本节将通过表达式及时域与频域波形介绍OFDM系统原理。1.1OFDM技术概述OFDM作为4GLTE系统中关键的调制技术与传输方案，其核心思想通过频分复用从而提高系统的频谱利用率，与传统的多载波调制技术一样，OFDM亦是采用将系统分成多个子信道，将原本高速串行的基带码元均匀且分散的调制到每个子载波上，形成多个并行的低速数据信号。假设系统由N个子载波构成，则原本的信号的码元速率RB经过OFDM调制后码元速率将变为原来的1N，符号长度变为原来的N倍，子信道带宽为系统带宽的其实OFDM的概念早在20世纪70年代就有学者提出，但由于当时的技术限制，对数字信号的处理成为了一大难题，所以一直未得到到推广，直到近二十年科学技术的大力推进，DSP芯片以及集成电路技术趋近成熟，OFDM才得以在无线通信中发挥它的优势，被广泛应用于无线局域网（WLAN）、数字视频广播标准（DVB）、非对称数字式用户线路（ADSL）等[11]，成为众多无线接入网的核心标准，继CDMA技术之后，与MIMO技术一同作为推动4G系统发展的关键技术[12]。OFDM典型模型框如图2-1所示：图2-1OFDM系统收发机结构框图在发送端，产生的二进制比特流数据信号在传输信道经过循环冗余校验（CyclicRedundancyCheck,CRC）计算、码块分割、CRC配置连接、信道编码和交织等处理流程，信号在物理信道经过信号调制转化成子载波幅度和相位的映射；通过串并转换将单路串行传输信号分成N路并行传输信号；接着信号被传入快速傅里叶逆变换（InverseFastFourierTransform,IFFT）模块，IFFT的目的是把信号从频域变到时域；将得到的信号通过并串转换合并成为一个完整的OFDM符号；然后进行加CP操作，在OFDM的符号之间通过插入CP作为保护间隔，可以有效地降低码间串扰和载波间干扰[3]。OFDM接收机的信号处理流程是发射机的逆过程，接收端将射频信号与基带信号进行混频处理后，首先进行的是去CP操作，然后进行FFT（FastFourierTransform,快速傅里叶变换）处理，FFT是把信号从时域变到频域，FFT点数要与发射机的IFFT点数保持一致，最后对接收信号进行解调和译码处理将子载波的幅度和相位恢复成数字信号。1.2OFDM的正交条件通过上节的讨论可知OFDM的本质是多载波调制系统，其基本原理是将系统带宽划分成N个正交的子信道，原先以RB数据传输速率的串行比特流信号映射到各个子载波上，成为N条码元传输速率为1N现就OFDM的表达式进行分析：若设在OFDM系统中有N个并行传输子信道，其子载波可表达为： xkt=Ak式中，Ak为第k路子载波的振幅。由基带信号进行调制；fk为第k路子载波的频率；φk则在这个OFDM系统中的N路子信号之和可以表示为： et=k用复数的形式表示为： et=k为了在接收端接收到这N路叠加信号后能够进行正确的解耦，在第k个符号持续时间TB内，第i个符号应该满足以下条件(i=k∓1) 0TBcos经过运算可知，两个子载波之间要满足正交,子载频需满足： fk=k且要求子载波间隔： ∆f=nTB1.3OFDM的时域与频域分析上一节讨论了OFDM子载波正交的条件，现在来观察OFDM频域与时域上的特点。在实际应用中，一个OFDM符号是由多个正交子载波叠加而成的复合数据信号，载波数据可以使用不同的调制方式来进行信号处理，常用的有正交幅度调制（QuadratureAmplitudeModulation,QAM）和相移键控调制（PSK）[4]。假设OFDM符号由N个子载波构成，T为符号宽度，di为每个子载波携带信息量，则从t= (2-7)为了减小系统计算量，在OFDM理论研究中也常用基带信号来等效表示： st=i=0设在单个子信道中，子载波频率fk，一个码元信号的持续时间等于TB，信号通过编码调制，映射到子载波上，这个过程在频域上表现为载波数据与矩形脉冲频谱卷积的结果。根据傅里叶变化的频移特性，码元频谱密度在频域上发生了图2-2单个子载波码元频谱波形与时域波形由图可知所以OFDM的频域波形表现为Sa(fTB)图2-3多路子载波频谱波形与时域波形从图中可以看出，系统波形虽在时域上表现为杂乱无章，从频域图上可以看出，在其余子载波处于零点时，刚好是某个子载波的幅度最大值。这说明，尽管各路子载波在频域上发生了重叠，但由于正交特性，实际上在他们并未对彼此产生影响。OFDM的这一特性使其能够采用密集的子载频，并且子信道间不需要添加额外的保护间隔，充分利用频带资源的同时也有效避免了子道间相互干扰的现象，降低了码间串扰。在接收端利用正交特性可以