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1、 2006-10-52/63 目录 1.引言 2.OFDM的基本原理 3.OFDM中的保护时隙 4.OFDM接收机接收到的信号 5.OFDM的频谱 6.OFDM: 特点 7.OFDM频谱效率方程 8.OFDM的相干检测 9.OFDM的优点及缺点 10. OFDM关键技术 2006-10-53/63 引言 ?英文：Orthogonal Frequency Division Multiplexing OFDM的名称： ?中文：正交频分复用 OFDM是一种正交的多载波复用方式。 2006-10-54/63 引言 ?单载波系统 无线 信道 无线 信道 j t e j t e ( )d t积分( ) d
2、 t 2006-10-55/63 引言 ?多载波系统 无线 信道 无线 信道 + ? ( ) 0 dt ( ) 1 d t ( ) 1N dt 1 jt e 0 jt e 0 jt e 1N jt e 1 jt e 1N jt e 2006-10-56/63 子 载 波 子 载 波 1 子 载 波 子 载 波 2 子 载 波 子 载 波 3 子 载 波 子 载 波 4 子 载 波 子 载 波 5 子 载 波 子 载 波 6 子 载 波 子 载 波 7 子 载 波 子 载 波 8 f 传统频分复用的频谱 引言 2006-10-57/63 f 子 载 波 子 载 波 1 子 载 波 子 载 波 2
3、 子 载 波 子 载 波 3 子 载 波 子 载 波 4 子 载 波 子 载 波 5 子 载 波 子 载 波 6 子 载 波 子 载 波 7 子 载 波 子 载 波 8 OFDM的频谱 引言 2006-10-58/63 目录 1.引言 2.OFDM的基本原理 2006-10-59/63 OFDM的基本原理 OFDM的基本原理 ?把高速的数据流通过串并变换后形成并 行的低速数据流； ?然后用正交的子载波对低速数据流进行 调制。 2006-10-510/63 OFDM的系统模型 OFDM的简化系统模型 串 并 转 换 添加 保护 时隙 . () s b nT RF . 1( ) s b nT .
4、2( ) s b nT () Ms bnT 2 cos(2) s f nT 并 串 转 换 去掉 保护 时隙 . 1 ( ) s T T i= 1 () s b nT 2 () s b nT () Ms b nT ( ) s b nT . . cos(2) Ms f nT 1 cos(2) s f nT cos(2) Ms f nT 2 cos(2) s f nT 1 cos(2) s f nT () s s nT () s r nT () s s nT 发射机 接收机 RF D/A A/D 采样间距Ts 1 ( ) s T T i= 1 ( ) s T T i= 2006-10-511/63
5、 串 并 转 换 添加 保护 时隙 . () s b nT RF 并 串 转 换 去掉 保护 时隙 ( ) s b nT . () s s nT () s r nT () s s nT 发射机 接收机 RF D/A A/D 复采样间距Ts 映 射 映 射 映 射 . x比特 d0 d1 dN-1 映 射 映 射 映 射 . x比特 0 d 1 d 1 N d IFFT 并 串 转 换 . FFT 信号检测 OFDM的系统模型 OFDM系统模型 2006-10-512/63 ?速数据流变换为路低速数据流(这里)N 1 b 2 b N b b T N T OFDM中的串并转换 串并转换 3N =
6、2006-10-513/63 OFDM中的映射 映射 ?每一路比特数据子流通过星座图映射，转为符 号子流() 011N ddd ? 2006-10-514/63 OFDM中的离散傅里叶变换 OFDM系统的发射机模型 S/P tfj e 1 2 2 N jf t e sm 等效于 IDFT dn . 2 2 jf t e 2006-10-515/63 OFDM中的离散傅里叶变换 快速傅里叶变换在OFDM中的应用 ?IDFT/DFT实现了OFDM的调制/解调 ?在实际中采用IFFT/FFT，可显著降低成本 2006-10-516/63 OFDM: DFT , : s sm s n NT mTt N
7、T n f= 1 Which , 1 ; 0, 0 When 1 = n n n fffn nnn 2006-10-518/63 N点DIF FFT运算流程图(N=8) r(0) r(1) r(2) r(3) R(0) R(4) R(2) R(6) R(1) R(5) R(3) R(7) 0 N W 1 N W 2 N W 3 N W r(4) r(5) r(6) r(7) 0 N W 0 N W 2 N W 0 N W 2 N W 0 N W 0 N W 0 N W 2006-10-519/63 IDFT & FFT ?基本FFT总复乘次数= ?基本FFT总复加次数= ?而直接计算DFT的运
8、算量为： ?DFT总复乘次数=N 2 ?DFT总复加次数=N(N1) 2 log 2 N N 2 log N N 2006-10-520/63 IDFT & FFT 2481632 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 64 直接计算 DFT 的复乘次数 直接计算 DFT 的复加次数 FFT 复乘次数 FFT 复加次数 2006-10-521/63 ? 频域数据经IDFT变换为时域数据 1 0 12 exp N ki i ik sdj NN = = i d k s OFDM中的调制 OFDM的调制/解调 ?时域数据经DFT恢复为频域数据 i
9、 d k s 1 0 12 exp N ik k ik dsj NN = = 2006-10-522/63 目录 1.引言 2.OFDM的基本原理 3.OFDM中的保护时隙 2006-10-523/63 OFDM中的保护时隙 ?添加保护时隙 ?实际的无线信道存在多径时延扩展 ?为了消除多径时延扩展带来的数据块间 的干扰(IBI：interblock interference),需要 在OFDM符号间添加保护时隙 2006-10-524/63 OFDM中的保护时隙 TG T 时间时间 一个符号 保护时隙 一个符号 保护时隙 2006-10-525/63 OFDM中的保护时隙 TG T时间时间 第
10、一条径(主径) 第二条径 第三条径 第四条径 第一条径(主径) 第二条径 第三条径 第四条径 2006-10-526/63 OFDM中的保护时隙 TGT 时间 保护时隙 时间 保护时隙 输入信号输入信号s(t) 输出信号输出信号s(t) 2006-10-527/63 OFDM中的保护时隙 添加保护时隙原理 ? 保护 时隙 OFDM符号 保护 时隙 OFDM符号 ? G TT t 保护 时隙 2006-10-528/63 OFDM中的保护时隙 添加保护时隙方式 ?0 OFDM符号 0 OFDM符号 ? G TT t 0 ?添零 2006-10-529/63 OFDM中的保护时隙 添加保护时隙方式
11、 ?添循环前缀(CP：Cycle Prefix) ? 循环 前缀 OFDM符号 ? G TT t 循环 前缀 OFDM符号 2006-10-530/63 OFDM中的保护时隙 添加循环前缀的准则 ?一般循环前缀的长度不小于信道根均方时 延的4倍 ?当循环前缀的长度不小于信道的最大时延 时，无符号间干扰 2006-10-531/63 OFDM的原理 ?循环前缀带来的频谱利用率损失 OFDM循环前缀的影响 G G G T TT = + ?循环前缀带来的功率损失 ()10log 1 dB G T V T =+ 2006-10-532/63 OFDM中的保护时隙 1 0 12 exp, 1 N ki
12、i ik sdjGkN NN = = 添加CP后OFDM的时域数据 2006-10-533/63 OFDM中的保护时隙 ? 循环 前缀 OFDM符号 ? G TT t 循环 前缀 OFDM符号 添加保护时隙的物理意义： ?将线性卷积转换为圆周卷积 ( )( )( )( )r th ts tw t=+ 其中为信道冲击响应，为高斯白噪 声， 表示卷积 ( )h t( )w t iiii RH dW=+ 2006-10-534/63 目录 1.引言 2.OFDM的基本原理 3.OFDM中的保护时隙 4.OFDM接收机接收到的信号 2006-10-535/63 OFDM接收机接收到的信号 ( )( )
13、( )( )r th ts tw t=+ 数模转换后的信号经信道后，接收端 的接收信号为 其中为信道冲击响应，为高斯白噪 声， 表示卷积 ( )h t ( )w t ( ) s t 2006-10-536/63 OFDM接收机接收到的信号 iiii RH dW=+ () , 0 M km lkk m l N G lm rh sw + + = =+ 假设和时，则接收信号的基 带模型为 经去CP及FFT处理后的第 个子载波上的信号为 ,m l h i 其中为第个OFDM符号在第条径的信道 衰落值 l m kG kN0 k s = 2006-10-537/63 目录 1.引言 2.OFDM的基本原理
14、 3.OFDM中的保护时隙 4.OFDM接收机接收到的信号 5.OFDM的频谱 2006-10-538/63 OFDM频谱 f 1 T 2 T 3 T 4 T 1 T 2 T 3 T 4 T 1 Bi( f ) 2006-10-539/63 OFDM频谱 f 1 fi -fi 频谱 2006-10-540/63 OFDM频谱 f 子载波1 子载波2 子载波3 子载波4 子载波6 子载波5 子载波4 子载波5 子载波6 上边带下边带 2006-10-541/63 目录 1.引言 2.OFDM的基本原理 3.OFDM中的保护时隙 4.OFDM接收机接收到的信号 5.OFDM的频谱 6.OFDM:
15、特点 2006-10-542/63 OFDM: 特点 ?每个OFDM符号的长度为 T. ?子载波间的宽度为：1/T. ?OFDM的波特率为各子载波的波特率的N 倍。 ?最多有 N 个正交的子载波数。 2006-10-543/63 OFDM：Baud & Bit Rate ?比特率与波特率的区别: ?比特率：单位时间内传输的二进制码元数，用Rb表 示。 ?波特率：单位时间内传送的码元（符号、波形） 数，用RB表示： Rb=RBlog2M 其中M为调制状态数，如8PSK，M = 8。 ?当子载波数无穷大时，OFDM最大频谱利用率 为2baud/Hz。 2006-10-544/63 OFDM：Maximum Baud Rate ?当子载波数无穷大时，OFDM最大频谱利用率 为1baud/Hz, or 2baud/Hz ? 调制(与cosw1t相乘) 一个子载波上的信息频谱 1 1122 1 两个子载波调制后的频谱 2006-10-545/63 目录 1.引言 2.OFDM的基本原理 3.OFDM中的保护时隙 4.OFDM接收机接收到的信号 5.OFDM的频谱 6.OFDM: 特点 7.OFDM频谱效率方程 2006-10-546/63 OFDM频谱效率方程 2 log (1)(1
