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1、数字通信数字通信 (第十一讲第十一讲)OFDM 基础基础2011 OFDM 简介OFDMlOrthogonalfrequencydivisionmultiplexingl正交频分复用下一代宽带通信系统中的核心技术lWiMAXlLTE优点l高频谱效率l抵抗多径信道l支持宽带传输单载波通信系统的基带模型OFDM 通信系统的基带模型对于均匀子载波间隔OFDM信号：以调制BPSK信号1，1，-1，-1，1为例 OFDM调制调制时时域域描述描述x(N-1),x(2),x(1),x(0)S/PX(0)X(1)X(2)X(3)X(N-1).x(t)timefrequencyfrequencytime. OF
2、DM调制调制时域时域描述描述例例 ：以简单的以简单的BPSKBPSK调制的各个子载波的波形来详细的描述，考察经调制的各个子载波的波形来详细的描述，考察经调制后调制器输出的实部的基带波形调制后调制器输出的实部的基带波形。-111-1S/P-1,1,1,-1OFDM 原理原理频率选择性衰落 产生码间串扰使误码增加 自适应均衡措施克服码间串扰 频率非选择性衰落(子载波信道)数据码元时间宽度加长 减少码间串扰 并行码调制到一组正交载波集 OFDM调制调制时域时域描述描述子载波（子载波（sub carrier）子载波必须是一组正交函数集，定义为满足 OFDM调制调制时域时域描述描述子载波（子载波（sub
3、 carrier）v在一个符号的持续时间T内每个载波要有整数个周期；v相邻的载波间隔为f=1/T；v该载波间隔是在T时间内两个载波正交的最小间隔。 OFDM调制调制频域描述频域描述与OFDM系统相对应的单载波系统时频描述 OFDM调制调制频频域域描述描述x(N-1),x(2),x(1),x(0)S/PX(0)X(1)X(2)X(3)X(N-1).x(t)ff. OFDM调制调制频域描述（仿真结果频域描述（仿真结果）时频特性傅立叶变换特性需要考虑的几个问题相邻子载波间的频差有多少？(多普勒)给定频带内能放置几个子载波？(效率)OFDM时域符号长度为多少？(有效长度)OFDM信号如何与现有调制方式
4、相结合？ OFDM调制调制频域描述频域描述OFDM系统的频谱有若干系统的频谱有若干 的子信道的频谱交叠而成的子信道的频谱交叠而成子载波在一个符号周期内子载波在一个符号周期内 正交正交频谱的交叠不影响符号的频谱的交叠不影响符号的 恢复恢复 OFDM的频谱利用率高的频谱利用率高 当子载波数较大时信道的当子载波数较大时信道的 的频谱接近矩型的频谱接近矩型 lOFDM的频谱利用率高l当子载波数较大时，OFDM信道的频谱接近矩形l有效利用了频谱频谱效率频谱效率 使用使用FFT的的OFDM系统系统 Back 使用使用FFT的的OFDM系统系统N个并行的符号个并行的符号X(k)经过反傅立叶反傅立叶变换，得到
5、一，得到一组序列序列x(n)， n=0，1，.N-1 ，被叫做一个被叫做一个OFDM的符号的符号 以以T/N为周期进行抽样，得到的离散序列为为周期进行抽样，得到的离散序列为使用使用FFT的的OFDM系统系统 （保护间隔）（保护间隔）保护间隔Cyclic Prefix在OFDM系统中保护间使用了循环前缀(CP)相邻的两个符号被一段时间隔离防止符号间干扰 （ISI）为符号时间同步提供方便*加入保护间隔的OFDM符号波形/符号样值 OFDM信号频谱成型滤波信号频谱成型滤波 (D/A)及射频调制及射频调制ftS(t)f OFDM系统接收端模型系统接收端模型 OFDM系统接收端模型系统接收端模型假设：假
6、设：理想信道理想信道忽略高斯噪声忽略高斯噪声理想本振理想本振理想同步理想同步 OFDM系统接收端模型系统接收端模型角标k表示了第k个并行的受调数据及第k个子载波，为 频域的序号；角标n表示了一个OFDM符号以T/N为周期进行抽样的第n 个抽样点，为时域的序号。 OFDM系统接收端模型系统接收端模型由于各个子载波的正交特性，特定点始终为0；传输信号的子载波上的响应为1。OFDM时域信号特征基于大数定理，发端信号经过IFFT变换后（OFDM时域信号）呈均值为0的高斯信号分布该时域信号信号不像单载波系统那样存在规则的眼图时域信号的峰值可能很大，信号峰均比（PeaktoAveragePowerRati
7、o,PAPR）的值很大峰均比大的信号对发端功率放大器的要求很高信号呈高斯分布，PAPR很大发端OFDM信号pdf分布实例发端放大器的输入输出曲线例 NormalamplifierresponseInputOutputLinearrange非线性区间，输出信号产生削顶现象削顶后的OFDM时域信号分布其他特性滤波器对系统特性的影响SignalConstellationwithdifferentlowpassfiltersR=0.5;%roll-factordelay=3;%numberofsidelobesSignalConstellationwithdifferentlowpassfilters
8、R=0.2;%roll-factordelay=3;%numberofsidelobesSignalConstellationwithdifferentlowpassfiltersR=0.2;%roll-factordelay=5;%numberofsidelobesOFDM时域信号特性总结呈高斯分布发端信号可能被削顶收端A/D变换其的最大区间要选择的合适接收端需要采取同步策略，以确定OFDM时域信号的FFT起始时刻的位置OFDM 关键技术 最大功率与平均功率的比最大功率与平均功率的比值问题 同步同步问题 信道响信道响应估估计问题 载波波频率率误差差问题 采采样时钟偏差偏差问题后面逐一后面逐一
9、讲解解 OFDM系统同步问题分析系统同步问题分析 发射机与接收机的载波频率偏差；发射机与接收机采样的频率偏差；发射机与接收机定时偏差。OFDMA物理意义物理意义vOFDM _OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing；v正交频分复用技术。 vOFDMA_OrthogonalFrequencyDivisionMultiplev正交频分多址；vOFDMA是OFDM技术的演进；v对OFDM子载波信道进行子信道化；v部分子载波上加载传输数据的传输技术。Access OFDMA 与与OFDM OFDM仅在时域分配用户 OFDMA在频域和时域分配用户Timedomain
10、User3User2User1TimedomainFrequencydomainFrequencydomainUser3User2User1 OFDMA=OFDM+FDMA OFDMA 与与OFDMSub-carriersFFTTimeSymbols5 MHz BandwidthGuard IntervalsFrequency OFDM系统小结系统小结串并转换，多径信道鲁棒性好，串并转换，多径信道鲁棒性好， 减小减小ISIISI频谱利用率高频谱利用率高IFFT/FFTIFFT/FFT实现子载波调制解调实现子载波调制解调非对称业务中灵活的上下行资源分配非对称业务中灵活的上下行资源分配与其他多种接入方法结合，构成与其他多种接入方法结合，构成OFDMAOFDMA系统系统q对系统的同步要求高对系统的同步要求高q存在较高的峰值与平均功率比存在较高的峰值与平均功率比谢谢！
