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1、OFDM技术及其应用摘要Abstract刖言第1章OFDM技术第1节 OFDM基本原理简介 第2节OFDM的 算法理论与基本系统结构 第3节OFDM技术特点第4节OFDM技术突出的地方第5节OFDM的技术优点第6节OFDM的两个缺陷第2章OFDM技术在各个领域中的应用第1节高清晰度数字电视广播第2节无线局域网第3节宽带无线接入第4节3G CDMA的新概念第3章OFDM技术在设备制造和运行中的优势第4章下一代移动通信系统中的OFDM技术第5章OFDM技术的应用现状与前景 29小结致谢 结束语OFDh技术及其应用摘要OFDM技术是一种多载波调制技术，最初用于军事通信，由于采用 DFT实现多载波调
2、制，同时LSI的发展解决了 IFFT/FFT的实现问题以及其他关键技术的突破， OFDM开始向诸 多领域的实际应用转化，现在成为一种很有发展前途的调制技术。本文首先分析了OFDM的基本原理，并说明其技术优点和缺点，然后提及有关 OFDM技术发展方面的一些信息。现在， OFDM 在许多领域取得成功应用，这里对有关无线局域网中的OFDM 应用现状作了 简要说明，对OFDM的应用前景也作了展望。关键词：正交频分复用（OFDM ），原理，特点，发展，应用AbstractOrthogonal Frequency Division Multiplexing(OFDM) is a kind of techn
3、ology of Multi-Carrier Modulation(MCM).Depending on Discrete Fourier Transform( DFT) to realize MCM and the quick development of Large Scale Integration( LSI) to solve the question of the solution of IFFT/FFT,OFDM began to be using practically in many fields and is becoming a prosperous MCM-techniqu
4、e.In this paper,firistly the principles of OFDM are analyzed and its characters(merit and defect) are reviewed,then some information about the development of OFDM is introduced.At current time,OFDM has succeeded in many fields, given an example,the present situation of using OFDM on wireless local a
5、rea net is stated,finally the prospect of using OFDM is imaged.Keywords:OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing(OFDM);Character;Development;Present Situation and Prospect of Application、八前言随着通信技术的不断成熟和发展，如今的通信传输方式可以说多种多样，变化日新月 异，从最初的有线通信到无线通信，再到现在的光纤通信。然而，从通信技术的实质来 看，上面所述基本上都是传输介质和信道的变化，突破性的进展并不多。近年
6、来，随着 DSP 芯片技术的发展，傅立叶变换反变换、高速 Modem 采用的 64128256QAM 技 术、栅格编码技术、软判决技术、信道自适应技术、插入保护时段、减少均衡计算量等成 熟技术的逐步引入， OFDM 作为一种可以有效对抗信号波形间干扰的高速传输技术，引起 了广泛关注。人们开始集中越来越多的精力开发 OFDM 技术在移动通信领域的应用，预计 第三代以后的移动通信的主流技术将是 OFDM 技术。第1章OFDM技术OFDM 的英文全称为 Orthogonal Frequency Division Multiplexing ，中文含义为正交频分 复用技术。这种技术是 HPA联盟（Hom
7、ePlug Powerline Allianee）工业规范的基础，它采用 一种不连续的多音调技术，将被称为载波的不同频率中的大量信号合并成单一的信号，从 而完成信号传送。由于这种技术具有在杂波干扰下传送信号的能力，因此常常会被利用在 容易外界干扰或者抵抗外界干扰能力较差的传输介质中。其实， OFDM 并不是如今发展起来的新技术， OFDM 技术的应用已有近 40 年的历史， 主要用于军用的无线高频通信系统。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。直到 70 年代，人们提出了采用离散傅立叶变换来实现多个载波的调制，简 化了系统结构，使得 OFDM 技术更趋于实用化。八
8、十年代，人们研究如何将 OFDM 技术应 用于高速 MODEM 。进入九十年代以来， OFDM 技术的研究深入到无线调频信道上的宽带 数据传输。 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。OFDM 是一种无线环境下的高速传输技术。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，并且
9、各子载波并行传输。这样，尽管总的信道是非平坦的，具有 频率选择性，但是每个子信道是相对平坦的，在每个子信道上进行的是窄带传输，信号带宽 小于信道的相应带宽，因此就可以大大消除信号波形间的干扰。由于在 OFDM 系统中各个 子信道的载波相互正交， 于是它们的频谱是相互重叠的， 这样不但减小了子载波间的相互干 扰，同时又提高了频谱利用率。OFDM 技术属于多载波调制（ Multi-Carrier Modulation, MCM ）技术。有些文献上将 OFDM 和 MCM 混用，实际上不够严密。 MCM 与 OFDM 常用于无线信道，它们的区别在 于：OFDM技术特指将信道划分成正交的子信道，频道利
10、用率高；而 MCM，可以是更多种 信道划分方法。OFDM 技术的推出其实是为了提高载波的频谱利用率，或者是为了改进对多载波的调 制用的，它的特点是各子载波相互正交，使扩频调制后的频谱可以相互重叠，从而减小了 子载波间的相互干扰。在对每个载波完成调制以后，为了增加数据的吞吐量，提高数据传 输的速度，它又采用了一种叫作 HomePlug的处理技术，来对所有将要被发送数据信号位的载波进行合并处理，把众多的单个信号合并成一个独立的传输信号进行发送。 另外 OFDM 之所以备受关注，其中一条重要的原因是它可以利用离散傅立叶反变换/ 离散傅立叶变换（IDFT/DFT ）代替多载波调制和解调。OFDM 增强
11、了抗频率选择性衰落和抗窄带干扰的能力。在单载波系统中，单个衰落或 者干扰可能导致整个链路不可用，但在多载波的 OFDM 系统中，只会有一小部分载波受影 响。此外，纠错码的使用还可以帮助其恢复一些载波上的信息。通过合理地挑选子载波位 置，可以使 OFDM 的频谱波形保持平坦，同时保证了各载波之间的正交。OFDM尽管还是一种频分复用（FDM ），但已完全不同于过去的FDM。OFDM的接收 机实际上是通过 FFT 实现的一组解调器。它将不同载波搬移至零频，然后在一个码元周期 内积分，其他载波信号由于与所积分的信号正交，因此不会对信息的提取产生影响。OFDM 的数据传输速率也与子载波的数量有关。OFD
12、M 每个载波所使用的调制方法可以不同。 各个载波能够根据信道状况的不同选择不 同的调制方式，比如 BPSK、QPSK、8PSK、16QAM 、64QAM 等等，以频谱利用率和误码 率之间的最佳平衡为原则。 我们通过选择满足一定误码率的最佳调制方式就可以获得最大频 谱效率。无线多径信道的频率选择性衰落会使接收信号功率大幅下降，经常会达到 30dB 之 多，信噪比也随之大幅下降。为了提高频谱利用率，应该使用与信噪比相匹配的调制方式。 可靠性是通信系统正常运行的基本考核指标，所以很多通信系统都倾向于选择 BPSK 或 QPSK 调制，以确保在信道最坏条件下的信噪比要求， 但是这两种调制方式的频谱效率
13、很低。 OFDM 技术使用了自适应调制， 根据信道条件的好坏来选择不同的调制方式。 比如在终端靠 近基站时，信道条件一般会比较好，调制方式就可以由BPSK （频谱效率1bit/s/Hz）转化成16QAM 64QAM （频谱效率46bit/s/Hz），整个系统的频谱利用率就会得到大幅度的提高。 自适应调制能够扩大系统容量， 但它要求信号必须包含一定的开销比特， 以告知接收端发射 信号所应采用的调制方式。终端还要定期更新调制信息，这也会增加更多的开销比特。OFDM 还采用了功率控制和自适应调制相协调工作方式。 信道好的时候，发射功率不变， 可以增强调制方式（如64QAM ），或者在低调制方式（如
14、QPSK）时降低发射功率。功率 控制与自适应调制要取得平衡。也就是说对于一个发射台，如果它有良好的信道，在发送功 率保持不变的情况下，可使用较高的调制方案如 64QAM ；如果功率减小，调制方案也就可 以相应降低，使用QPSK方式等。自适应调制要求系统必须对信道的性能有及时和精确的了解，如果在差的信道上使用 较强的调制方式，那么就会产生很高的误码率，影响系统的可用性。 OFDM 系统可以用导 频信号或参考码字来测试信道的好坏。发送一个已知数据的码字，测出每条信道的信噪比，根据这个信噪比来确定最适合的调制方式。第1节OFDM基本原理简介OFDM 是一种高速数据传输技术，该技术的基本原理是将高速串
15、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，提高了抗多径衰落等恶劣传输条件的性能。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 1 所示），但这些频谱在整个符号周期内满足 正交性
16、，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。只要多径时延超 过保护间隔，子载波间的正交性就不会被破坏。第2节OFDM的算法理论与基本系统结构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
