《能力拓展训练》报告
题目：正交频分复用技术
专业班级：通信08
学生姓名：
指导教师：
武汉理工大学信息工程学院
2011 年7 月5 日
能力拓展训练任务书
学生姓名：专业班级：通信08 指导教师：工作单位：信息工程学院
题目: 正交频分复用技术
能力拓展训练目的
①开展专题调研、探索、研究和设计；
②培养学生综合应用所学知识分析问题、解决问题的能力；
③掌握基本的文献检索和文献阅读的方法；
④提高正确地撰写论文的基本能力。
训练内容和要求
①学习理解正交频分复用技术
②研究正交频分复用技术的应用
③提高查阅整理资料的能力
初始条件
①指导书
②仿真软件
时间安排：
第21周，安排任务（鉴3-204，7月4日）
第21周，仿真设计（鉴主13楼计算机实验室）
第21周，完成（答辩，提交报告，演示）
指导教师签名：年月日
系主任（或责任教师）签名：年月日
目录
摘要...............................................................................................................................I Abstract ......................................................................................................................... II 1正交频分复用. (1)
1.1频分复用的概念 (1)
1.2正交频分复用的概念 (1)
1.3正交频分复用的思想 (1)
1.4正交频分复用OFDM的原理 (1)
2.正交频分复用技术OFDM的应用 (5)
2．1多载波调制 (5)
2.1.1子载波选取方法 (6)
2.2 OFDM信号分析 (7)
2.2.1 OFDM信号的特征与性能 (10)
3 心得体会 (14)
4参考文献 (15)
摘要
OFDM是一种无线环境下的高速传输技术，该技术的基本原理是将高速串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，提高了抗多径衰落的性能。传统的频分复用方法波器和接受滤波器，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。
Abstract
OFDM is a wireless under the environment of high speed transmission technology, this technology will be the basic principle of high-speed serial data transform is more than a way of relatively low speed parallel data and the different carrier for modulation. The parallel transmission system greatly expanded the symbols of the pulse width and improve the resistance of the multipath fading performance. The traditional frequency division multiplexing method and accept the wave filter, thus greatly increased the complexity of the system and cost. At the same time, in order to reduce all sub-carrier of mutual crosstalk, between the sub-carrier have to keep enough frequency interval, this will reduce the frequency of the system efficiency. And modern OFDM systems using digital signal processing technology, the subcarrier generation and receive all digital signal processing algorithm by complete, greatly simplifies the structure of the system.
1正交频分复用
1.1频分复用的概念
系统把整个可用信道频带Ｂ划分为N个带宽为的子信道。把N个串行码元变换为N个并行的码元，分别调制这N个子信道载波进行同步传输，这就是频分复用。
1.2正交频分复用的概念
OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）即正交频分复用技术。这种技术是HPA联盟（HomePlug Powerline Alliance）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受外界干扰或者抵抗外界干扰能力较差的传输介质中。
1.3正交频分复用的思想
其主要思想是：将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到在每个子信道上进行传输。正交信号可以通过在接收端采用相关技术来分开，这样可以减少子信道之间的相互干扰（ICI）。每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此每个子信道上的可以看成平坦性衰落，从而可以消除符号间干扰。而且由于每个子信道的带宽仅仅是原信道带宽的一小部分，信道均衡变得相对容易。
1.4正交频分复用OFDM的原理
OFDM是一种无线环境下的高速传输技术，该技术的基本原理是将高速串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，提高了抗多径衰落的性能。传统的频分复用方法波器和接受滤波器，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，就如图所示，但这些频谱在整个符号周期内满足正交性，从而保证接收端能够不失真地复原信号。
图1-4-1 正交频分复用信号的频谱示意图
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。只要多径时延不超过保护间隔，子载波间的正交性就不会被破坏。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个子载波来实现频分复用。在接收端也是由这样一组正交信号在一个码元周期内分别与发送信号进行相关运算实现解调，恢复出原始信号。OFDM解调器如图1-4-2所示。
图1-4-2 OFDM解调器
为了降低OFDM系统的复杂度和成本，我们考虑用离散傅立叶变换（DFT）和反变换（IDFT）来实现上述功能。如果在发送端对D（m）做IDFT，把结果经信道发送到接收端，然后对接收到的信号再做DFT，取其实部，则可以不失真地恢复出原始信号D（m）。这样可以利用离散傅立叶变换来实现OFDM信号的调制和解调。实现框图如图1-4-3和图1-4-4所示。用DFT和IDFT实现的OFDM系统，大大降低了系统的复杂度，减小了系统成本，为OFDM的广泛应用奠定了基础。
图1-4-3 用离散傅立叶变换实现OFDM的调制器
图1-4-4 用离散傅立叶变换实现OFDM的解调器
OFDM子载波可以按两种方式排列：集中式（Locolized）和分布式
（Distributed）。集中式即将若干连续子载波分配给一个用户，这种方式下系统可以通过频域调度（Scheduling）选择较优的子载波组（用户）进行传输，从而获得多用户分集增益。另外，集中方式也可以降低信道估计的难度。但这种方式获得的频率分集增益较小，用户平均性能略差。分布式系统将分配给一个用户的子载波分散到整个带宽，从而获得频率分集增益。但这种方式下信道估计较为复杂，也无法采用频域调度。设计中应根据实际情况在上述两种方式中灵活进行选择。
2.正交频分复用技术OFDM的应用
由于OFDM在技术上存在相当大的优势，除频谱利用率高和较强的带宽扩展性外，由于其采用了子载波传输，使其在抗多径衰落性能方面的优势非常明显，另外，OFDM系统可灵活选择各子载波进行传输，使其具有灵活分配频谱资源的性能，所以它越来越得到人们的重视，各项产业化工作也在不断开展中。
在实际的应用中，OFDM系统可以自动测试子载波的传输质量，据此及时调整子信道的发射功率和发射比特数，使每个子信道的传输速率达到最佳的状态。
OFDM在有线信道或无线信道的高速数据传输得到广泛的应用，例如在数字用户环路上的ADSL,无线局域网的IEEE802.11a和HIPERLAN-2, 数字广播，高清晰度电视等。
OFDM存在发射信号的峰值功率和平均功率比值（PAR）过大的问题和由于多谱勒频谱扩展破坏子载波正交的问题。
2．1多载波调制
多载波传输首先把一个高速的数据流分解为若干个低速的子数据流（这样每个子数据流将具有低得多的比特速率），然后，对每个子数据流进行调制（符号匹配）和滤波（波形形成），再用这样的子数据流的已调符号去调制相应的子载波，从而构成多个并行的已调信号，经过合成后进行传输。
在单载波系统中，一次衰落或者干扰就可以导致整个传输链路失效，但是在多载波系统中，某一时刻只会有少部分的子信道会受到深衰落或干扰的影响，因此多载波系统具有较高的传输能力以及抗衰落和干扰能力。其基本结构如图2-1-1所示。
图2-1-1 多载波系统的基本结构
2.1.1子载波选取方法
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， 它们的不同选取将决定最终已调信号的频谱宽度和形状。
第1种方法是： 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， 如图2-1-2（a ）所示。 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。
第2种方法是： 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， 如图2-1-2（b ）所示。 重叠的谱的交点在信号功率比峰值功率低3 dB 处。
子载波之间的正交性通过交错同相或正交子带的数据得到(即将数据偏移半个码元周期)。
第3种方案是： 各子载波是互相正交的， 且各子载波的频谱有1/2的重叠。 如图2-1-2（c ）所示。 该调制方式被称为正交频分复用(OFDM)。 此时的系统带宽比FDMA 系统的带宽可以节省一半。
信道
图2-1-2（a ）传统的频分复用； （b ）3 dB 频分复用； (c) OFDM
2.2 OFDM
信号分析
在实际运用中， 信号的产生和解调都是采用数字信号处理的方法来实现的， 此时要对信号进行抽样， 形成离散时间信号。 由于OFDM 信号的带宽为B=N ·Δf ， 信号必须以Δt=1/B=1/(N ·Δf)的时间间隔进行采样。 采样后的信号用sn,i 表示， i = 0, 1, …, N-1， 则有
（2-1） 发送信号s(t)经过信道传输后， 到达接收端的信号用r(t)表示， 其采样后的信号为rn(t)。 只要信道的多径时延小于码元的保护间隔TG ， 子载波之间的正交性就不会被破坏。 各子载波上传输的信号可以利用各载波之间的正交性来恢复， 如下式所示:
（2-2）
与发端相类似， 上述相关运 算可以通过离散傅立叶变换（DFT ）或快速傅立叶变换(FFT)来实现， 即：
（2-3） 利用离散反傅立叶变换（IDFT ）或快速反傅立叶变换(IFFT)实现的OFDM 基带系统如图2-2-1所示。
图中保护间隔的插入过程如图2-2-2所示。 为了消除码间干扰， 将IFFT 传输的末尾的样点复制到保护间隔。
n
n
(a )(b )(c )
∑
-==
1
/2,,1N k N
ik j k n i n e
S N s π>-<=)(),(*
,nT t g t r T N
R k n s k n ∑-=-=1
/2,,1
N i N
lk j i n k n e
r N
R π
图2-2-1 OFDM 系统的实现框图
图2-2-2 保护间隔的插入过程
由式（2-120）可得OFDM 信号的功率谱密度为
（2-4） 根据OFDM 符号的功率谱密度表达式（2-4）， 其带外功率谱密度衰减比较慢， 即带外辐射功率比较大。 随着子载波数量N 的增加， 由于每个子载波功率谱密度主瓣、 旁瓣幅度下降的陡度增加， 所以OFDM 符号功率谱密度的旁瓣下降速度会逐渐增加， 但是即使在N=256个子载波的情况下， 其-40 dB 带宽仍然会是-3 dB 带宽的4倍， 参见图2—2-3。
图2-2-3 OFDM 信号的功率谱密度
[]2
,1
2
)()(sin 1)(T f k f T f k f T S N f S k n N k ??-??-=∑-=ππ1
10
－10
－20
－30
－1
－0.50.50
归一化频率
第一个子载波功率谱
B P S K
O F D M
归一化功率谱密度 / d B
图2-2-4 子载波个数分别为16、 64和256的OFDM 系统的功率谱密度(PSD)
因此, 为了让带宽之外的功率谱密度下降得更快， 需要对OFDM 符号进行“加窗”处理(Windowing)。 对OFDM 符号“加窗”意味着令符号周期边缘的幅度值逐渐过渡到零。 通常采用的窗类型就是升余弦函数， 其定义如下：
0≤t ≤βT s
βT s ≤t ≤T s (2-5)
T s ≤t ≤(1+β)T s
其中， β为滚降因子， Ts 表示加窗前的符号长度， 而加窗后符号的长度应该为(1+β)Ts ， 从而允许在相邻符号之间存在有相互重叠的区域。 经过加窗处理的OFDM 符号见图2-2-5。
图2-2-5 经过加窗处理后的OFDM 符号示意图
－2
－1.5－1－0.500.51 1.52
－45
－40－35－30－25－20－15－10－5
051664256
归一化频率
功率谱密度 / d B r
??????
????
?
??
??-+????
??++=s s s T T t T t t β
πβππω)(cos 5.05.00
.1cos
5.05.0)
(s
T p refix
T p o s tfix
T s ＝T ＋T g
图2-2-6 8PSK 和16QAM 调制星座分布图 (a) 8PSK 的星座分布图; (b) 16QAM 的星座分布图
2.2.1 OFDM 信号的特征与性能
1) OFDM 信号峰值功率与平均功率比
与单载波系统相比， 由于OFDM 符号是由多个独立的经过调制的子载波信号相加而成的， 这样的合成信号就有可能产生比较大的峰值功率(Peak Power)， 由此会带来较大的峰值平均功率比(Peak-to-Average Ratio)， 简称峰均比(PAR)。 峰均比可以被定义为
(2-6)
图2-2-7 4比特码字的OFDM 符号包络功率值
(b )
(a )
}{}
max{lg
102,2
,i n i n s E s PAR 20
18
16
14
12
10
8
6
4
20
1
2
3
4
5
6
78
9
10
11
12
13
14
15
码字
包络功率值 /
W
图2-2-8 3比特数据符号(000到111)的包络功率
2) OFDM 系统中的同步问题
在单载波系统中， 载波频率的偏移只会对接收信号造成一定的幅度衰减和相位旋转。 而对于多载波系统来说， 载波频率的偏移会导致子信道之间产生干扰。
除了要求严格的载波同步外， OFDM 系统中还要求样值同步（发送端和接收端的抽样频率一致）和符号同步（IFFT 和FFT 的起止时刻一致）。 图2-2-9中说明了OFDM 系统中的同步要求， 并且大概给出各种同步在系统中所处的位置。
图2-2-9 OFDM 系统内的同步示意图
3) OFDM 系统的信道估计
无线通信系统的性能主要受到无线信道的制约。 无线信道具有很大的随机性， 导致接收信号的幅度、 相位和频率失真， 这些问题对接收机的设计提出了很大的挑战。 而在接收机中， 信道估计器是一个很重要的组成部分。 如果我们能够知道无线信道的确切特征， 将能很好地恢复接收信号， 改善系统的性
201816
14121086420
1
2
3
4
5
6
7
码字
包络功率值 /
W
能。
信道估计可以定义为描述物理信道对输入信号的影响而进行定性研究的过程。如果信道是线性的话，那么信道估计就是对系统冲激响应进行估计。需要强调的是，所谓信道估计，就是信道对输入信号影响的一种数学表示。而“好”的信道估计就是使得某种估计误差最小化的估计算法。如图2-79所示.
图2-2-10 一般信道估计的过程
基于训练序列的信道估计方法的基本思想就是利用发端和收端都已知的序列进行信道估计。基于训练序列的信道估计方法大致可以分为两类：一类是在频域内进行信道估计，另一类是在时域内进行估计。
根据OFDM的基本构成，可以在时域和频域内进行导频的插入。典型的导频插入形式有块状导频和梳状导频，它们分别对应慢衰落和快衰落的信道情况。块状导频的插入方法如图2-2-11所示，块状导频周期性地在时域内插入特定的OFDM符号“·”在信道中传输。这种导频的插入方式适用于慢衰落的无线信道中，即在一个OFDM块中，信道视为准静止的。因为这种训练序列包括所有的子载波，不需要在接收端进行频域内的插值，所以这种导频的设计方案对频率选择性不是很敏感。梳状导频的插入方法如图2-2-12所示，梳状导频均匀分布于每个OFDM块中。
图2-2-11 块状导频下的OFDM符号结构
图2-2-12 梳状导频下的OFDM 符号结构
图2-2-13 混合导频下的OFDM 符号结构
假设两种导频方式的导频载荷相同， 梳状导频有更高的重传率， 因此梳状导频在快衰落信道下估计的效果更好。 但是在梳状导频的情况下， 非导频子载波上的信道特性只有根据对导频子载波上的信道特性的插值才能得到， 因此这种导频方式对频率选择性衰落比较敏感。 为了有效对抗频率选择性衰落， 子载波间隔要求比信道的相干带宽小很多。
除了上述基本的插入方法外， 还可以采用混合导频方法， 如图2-2-13所示。 为对付时间选择性和频率选择性衰落， 要求导频的频率间隔和时间间隔满足下列要求：
(2-7)
(2-8)
T f n f
n D t f m ax ,m ax
21
1
<
?<
τ
3 心得体会
通过短短一周时间，我查阅书籍，学习并了解了正交频分复用技术的概念，并对其的应用做了初步的研究。
在学习的过程中，我提高了自己查阅并整理资料的能力，虽然由于时间的关系，对课题的研究不够升深入，但却激起了我在这方面的浓厚兴趣。今后将在这一方面做更深入的学习。
在完成报告的过程中，我对正确撰写论文的能力又有了进一步的提高，比如页眉页脚的设置，目录的生成等等。
今后我将在正交频分复用技术的学习研究中更加努力，为今后工作奠定基础。
4参考文献
[1] 张海滨. 正交频分复用的基本原理与关键技术. 国防工业出版社. 2005
[2]樊昌信.通信原理.国防工业出版社.2001
[3]郑仲桥.现代交换技术教程.东南大学出版社.2009
[4]王慧琴.数字图像处理、北京邮电大学出版社.2006
[5]王家文编著.MATLAB7.0图形图像处理.国防工业出版社.2006
正交频分复用通信系统设计及其性能研究 年级: 学号: 姓名: 专业: 指导老师: 二零一五年五月
摘要 由于OFDM技术出现了近四十年的时间，该技术在移动通信上已经得到快速发展。本论文主要研究OFDM系统的应用，介绍了OFDM技术的基本概念和发展历程，并简要阐述OFDM在无线移动技术中的发展前景。在介绍OFDM原理的同时，比较FDM与OFDM 的异同点，认识保护间隔和循环前缀对OFDM的意义，简述OFDM的优势和缺点，了解OFDM的关键技术，研究OFDM频域和时域的波形图，利用加窗技术来提高OFDM的功率谱密度。 关键字：正交频分复用；码间干扰；循环前缀；高斯白噪声
Abstract Because of OFDM technology emerged about forty years, it has developed rapidly in the field of mobile communications,This thesis mainly studies the application of OFDM system, introduces the basic concepts and development of the OFDM technology, besides, the thesis also describes the future development in wireless mobile technology. While introduce the principles of OFDM, comparing the similarities and differences between FDM and OFDM, understanding the significance of protection interval and cyclic prefix in OFDM,I described the advantages and disadvantages of OFDM briefly, and known the key technologies of OFDM,studied the domain waveform figure OFDM frequency domain and time domain, by using the window technology to improve the power spectral density of OFDM. Keywords: OFDM; ISI; CP; WGN
2015届学士学位论文 频分复用原理及其应用研究
频分复用原理及其应用研究 摘要频分复用(FDM)是通信系统中信号多路复用方式中的一种，本质上是依据频率来分隔信道的。频分复用技术在当今通信领域有着很重要的地位。根据性质和特点的不同频分复用还可以被细分为传统的频分复用(FDM)和正交频分复用(OFDM)。 本论文主要由以下几个部分组成。第一部分介绍频分复用基本原理，系统实现以及其应用特点；第二部分介绍正交频分复用的基本原理及DFT的实现；第三部分主要介绍在实际应用中当载波频率接近时，频谱会发生重叠，传统的频分复用解调效果容易出现失真，正交频分复用由于其载波的正交性特点,在频谱发生重叠时可以保证解调效果；最后通过MATLAB程序中的SIMULINK仿真图来表现正交频分复用的优越之处。 关键词频分复用；正交频分复用；MA TLAB仿真
Frequency division multiplexing principle and its application research Abstract Frequency division multiplexing (FDM) is a kind of signal multiplexing mode in communication system, which is divided by frequency channel essentially. Frequency division multiplexing technology is very widely used in today's communication. Frequency division multiplexing can also be divided into the traditional frequency division multiple(FDM) and orthogonal frequency division multiplexing(OFDM) depending on the nature and characteristics. This paper consists of the following parts. The basic principle of frequency division multiplexing, system implementation and its application characteristics are introduced in the first part . The basic principle of orthogonal frequency division multiplexing and its realization of DFT are introduced in the second part .Due to its characteristics ,orthogonal frequency division multiplexing can guarantee the demodulation compare with the traditional frequency division multiplexing when the carrier frequency is close to in the practical application, spectrum overlap happens ,which is introduced in the third part .Finally by SIMULINK of MA TLAB simulation diagram to show the superiority of the orthogonal frequency division multiplexing. Keywords Frequency division multiplexing; Orthogonal frequency division Multiplexing ;MA TLAB simulation
正交频分复用系统的基本原理和信道估计 【摘要】下一代无线移动通信系统的目标是支持高质量高速率的移动多媒体业务。无线环境中存在多径衰落、多谱勒频移和信道快速时变等许多不利因素。正交频分复用(OFDM)技术是一种可有效解决多径造成符号间干扰的传输手段。正交频分复用（OFDM, Orthogonal Frequency Division Multiplexing）是一种特殊的多载波传输方案，它可以被看作一种调制技术，也可以被当作一种复用技术。本文详细研究了OFDM系统的基本原理，OFDM系统的信道估计算法。 关键词：OFDM、信道估计 【Abstract】The next generation of wireless mobile communication system is to support high-guality and high-speed mobile multimedia services. multipath fading, Doppler frequency shift and fast time-varying channel, and many other negative factors exist in Wireless environment. Orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) technology is an effective solution to erase intersymbol interference transmission which caused by multi-path. This paper researches the basic principle of OFDM system, OFDM system channel estimation, space-time processing technology in the sub-set of technologies and space-time block coding. Keywords: OFDM system, OFDM system channel estimation
正交频分复用(OFDM)是多载波传输技术之一，近年来受到广泛关注。目前，这项技术已在许多高速信息传输领域得到应用，并且有可能成为下一代蜂窝移动通信系统的物理层传输技术。本讲座将分3讲来介绍OFDM技术的基本原理及其应用。第1讲首先介绍OFDM的基本原理，第2讲介绍OFDM中的相关信号处理技术，第3讲介绍OFDM中的多址方式及其在通信系统中的应用情况。 1 引言 近些年来，以正交频分复用(OFDM)为代表的多载波传输技术受到了人们的广泛关注。多载波传输把数据流分解为若干个独立的子比特流，每个子数据流将具有低得多的比特速率。用这样低比特率形成的低速率多状态符号去调制相应的子载波，就构成了多个低速率符号并行发送的传输系统。OFDM是多载波传输方案的实现方式之一，在许多文献中，OFDM 也被称为离散多音(DMT)调制。OFDM利用逆快速傅立叶变换(IFFT)和快速傅立叶变换(FFT)来分别实现调制和解调，是实现复杂度最低、应用最广的一种多载波传输方案。除了OFDM方式之外，人们还提出了许多其他的实现多载波调制的方式，如矢量变换方式、基于小波变换的离散小波多音频调制（DWMT）方式等，但这些方式与OFDM相比，实现复杂度相对较高，因而在实际系统中很少采用。 OFDM的思想最早可以追溯到20世纪50年代末期。60年代，人们对多载波调制作了许多理论上的工作，论证了在存在符号间干扰的带限信道上采用多载波调制可以优化系统的传输性能；1970年1月有关OFDM的专利被首次公开发表；1971年，Weinstein和Ebert在IEEE杂志上发表了用离散傅立叶变换实现多载波调制的方法；80年代，人们对多载波调制在高速调制解调器、数字移动通信等领域中的应用进行了较为深入的研究，但是由于当时技术条件的限制，多载波调制没有得到广泛的应用；90年代，由于数字信号处理技术和大规模集成电路技术的进步，OFDM技术在高速数据传输领域受到了人们的广泛关注。今天， OFDM已经在欧洲的数字音视频广播(如DAB和DVB)、欧洲和北美的高速无线局域网系统(如HIPERLAN2、IEEE 802.11a)、以及高比特率数字用户线(如ADSL、VDSL)中得到了广泛的应用。目前，人们正在考虑在基于IEEE 802.16标准的无线城域网、基于IEEE 802.15标准的个人信息网以及未来的下一代无线蜂窝移动通信系统中使用OFDM技术。 OFDM技术得到广泛应用的主要原因在于： (1)OFDM可以有效地对抗多径传播所造成的符号间干扰，其实现复杂度比采用均衡器的单载波系统小很多。 (2)在变化相对较慢的信道上，OFDM系统可以根据每个子载波的信噪比来优化分配每个子载波上传送的信息比特，从而大大提高系统传输信息的容量。 (3)OFDM系统可以有效对抗窄带干扰，因为这种干扰仅仅影响OFDM系统的一小部分子载波。 (4)在广播应用中，利用OFDM系统可实现有吸引力的单频网络。 与传统的单载波传输系统相比，OFDM的主要缺点在于： (1)OFDM对于载波频率偏移和定时误差的敏感程度比单载波系统要高。 (2)OFDM系统中的信号存在较高的峰值平均功率比(PAR)使得它对放大器的线性要求很高。
正交频分复用（OFDM）原理及其实现 高建勤熊淑华 （四川大学电子信息学院成都610064 ） 摘要本文介绍了正交频分复用(OFDM)技术的基本原理，讨论了OFDM系统的实现方法，并简要分析了OFDM系统的性能特点。 关键词正交频分复用（OFDM）调制解调 The Fundamental and Implementation of OFDM Gao Jianqin Xiong Shuhua (College of Electronics & Information Engineering, Sichuan University, Chengdu 610064 ) Abstract：In this paper, the principle of OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) is firstly introduced, and then its methods to implement are discussed. Finally, the performance properties of OFDM system are given briefly. Key words：Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) Modulation Demodulation 1.引言 在现代通信系统中，如何高速和可靠地传输信息成为人们关注的一个焦点。虽然现在数据传输理论和实践已经取得了相当大的进展，但是随着通信的发展，特别是无线通信业务的增长，可以利用的频率资源日趋紧张。OFDM调制技术的出现为实现高效的抗干扰调制技术和提高频带利用率开辟了一条的新路径。OFDM调制技术的应用可以追溯到二十世纪60年代，主要用于军用的高频通信系统，也曾被考虑应用于高速调制解调器。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
正交频分复用技术及其应用 摘要：简述了正交频分复用技术的发展及特点，论述了其 原理及实现方法，构建了OFDM系统的实现框图，并进行了计算机仿真。最后介绍了几种典型应用。 关键词：正交频分复用（OFDM）多载波调制 随着通信需求的不断增长，宽带化已成为当今通信技术领域的主要发展方向之一，而网络的迅速增长使人们对无线通信提出了更高的要求。为有效解决无线信道中多径衰落和加性噪声等问题，同时降低系统成本，人们采用了正交频分复用（OFDM）技术。OFDM是一种多载波并行传输系统，通过延长传输符号的周期，增强其抵抗回波的能力。与传统的均衡器比较，它最大的特点在于结构简单，可大大降低成本，且在实际应用中非常灵活，对高速数字通信量一种非常有潜力的技术。 1 正交频分复用（OFDM）技术的发展 OFDM的概念于20世纪50～60年代提出，1970年OFDM的专利被发表[1]，其基本思想通过采用允许子信道频谱重叠，但相互间又不影响的频分复用（FDM）方法来并行传送数据。OFDM早期的应用有AN/GSC_10（KATHRYN）高频可变速率数传调制解调器等[1]。 在早期的OFDM系统中，发信机和相关接收机所需的副载波阵列是由正弦信号发生器产生的，系统复杂且昂贵。1971年Weinstein和Ebert提出了使用离散傅立叶变换实现OFDM系统中的全部调制和解调功能[3]的建议，简化了振荡器阵列以及相关接收机中本地载波之间严格同步的问题，为实现OFDM的全数字化方案作了理论上的准备。 80年代以后，OFDM的调制技术再一次成为研究热点。例如在有线信道的研究中，Hirosaki于1981年用DFT 完成的OFDM调制技术，试验成功了16QAM多路并行传送19.2kbit/s的电话线MODEM[4]。 1984年，Cimini提出了一种适于无线信道传送数据的OFDM方案[5]。其特点是调制波的码型是方波，并在码元间插入了保护间隙，该方案可以避免多径传播引起的码间串扰。 进入90年代以后，OFDM的应用又涉及到了利用移动调频（FM）和单边带（SSB）信道进行高速数据通信、陆地移动通信、高速数字用户环路（HDSL）、非对称数字用户环路（ADSL）、超高速数字用户环路（VHDSL）、数字声广播（DAB）及高清晰度数字电视（HDTV）和陆地广播等各种通信系统。
正交频分复用技术及其应用 正交频分复用技术及其应用 摘要：简述了正交频分复用技术的发展及特点，论述了其原理及实现方法，构建了OFDM系统的实现框图，并进行了计算机仿真。最后介绍了几种典型应用。 随着通信需求的不断增长，宽带化已成为当今通信技术领域的主要发展方向之一，而网络的迅速增长使人们对无线通信提出了更高的要求。为有效解决无线信道中多径衰落和加性噪声等问题，同时降低系统成本，人们采用了正交频分复用（OFDM）技术。OFDM是一种多载波并行传输系统，通过延长传输符号的周期，增强其抵抗回波的能力。与传统的均衡器比较，它最大的特点在于结构简单，可大大降低成本，且在实际应用中非常灵活，对高速数字通信量一种非常有潜力的技术。 OFDM的概念于20世纪50～60年代提出，1970年OFDM的专利被发表[1]，其基本思想通过采用允许子信道频谱重叠，但相互间又不影响的频分复用（FDM）方法来并行传送数据。OFDM早期的应用有AN/GSC_10（KATHRYN）高频可变速率数传调制解调器等[1]。 在早期的OFDM系统中，发信机和相关接收机所需的副载波阵列是由正弦信号发生器产生的，系统复杂且昂贵。1971年Weinstein和Ebert提出了使用离散傅立叶变换实现OFDM系统中的全部调制和解调功能[3]的建议，简化了振荡器阵列以及相关接收机中本地载波之间严格同步的问题，为实现OFDM的全数字化方案作了理论上的准备。 80年代以后，OFDM的调制技术再一次成为研究热点。例如在有线信道的研究中，Hirosaki于1981年用DFT完成的OFDM调制技术，试验成功了16QAM多路并行传送19.2kbit/s的电话线MODEM[4]。 1984年，Cimini提出了一种适于无线信道传送数据的OFDM方案[5]。其特点是调制波的码型是方波，并在码元间插入了
On wireless communication,the high rate and high quality of communication service are required to offer,and OFDM h as the advantage of the high bandwidth efficiency and strong anti-multipath ability ,so OFDM receives widespread atte ntion in recent years. OFDM is actually one kind of multi-carrier modulation .and the main idea of OFDM is Channel will be divided into several subchannels orthogonal,and then turn High-speed data signals into parallel low-speed data-f low , modulation in each of the subchannels on transmission. The design is the use of MATLAB design a structured, modular, graphical simulation software. To provide simulation platform for OFDM technology. OFDM is required to complete the simulation modeling. The major signal mapping, m odulation, and other sub-module . Signal mapping module which is based on the corresponding modulation encoding ea ch bit Table Group into a plural . After string and the conversion of binary data , Road map on each divided into two gr oups a bit, By map the QAM constellation into plural. By using look-up table method QAM constellation is mapped. Q AM constellation is drawn. And modulation or demodulation module can be used to achieve IFFT or FFT . OFDM syst ems are used more coherent demodulation. When receiver data is demodulation, Channel estimation need to correct by the frequency selective fading and sub-carrier frequency offset the random phase shift and the magnitude of the decline. Otherwise, the bit error rate performance is very difficult to achieve practical requirements. Channel estimation is used LMS channel estimation algorithm. Finally additive white Gaussian noise channels of signal-to-noise ratio (SNR) - bit error curves is drawn. KEY WORDS wireless communication, multicarrier modulation, OFDM, Channel Estimation 目录 摘要 I ABSTRACT II 第一章绪论 1 1.1正交频分复用（OFDM）的来源 1 1.2 正交频分复用（OFDM）的研究背景 1 1.2.1 无线通信的发展 1 1.2.2 第4代（4G）无线通信系统 2 1.3正交频分复用（OFDM）的意义 2 1.3.1正交频分复用（OFDM）的优点 2 1.3.2 正交频分复用（OFDM）的不足之处 4 1.4 多载波技术的发展 4 第二章频分复用（OFDM）系统的原理 6 2.1 多载波调制基础 6 2.2 频分复用（OFDM）系统的技术原理 6 2.2.1 OFDM的基本原理 7 2.2.2 信号映射(mapping) 7 2.2.3 OFDM系统的数学模型 11 2.2.4 用DFT实现OFDM的调制与解调 14 2.2.5 FFT/IFFT 14 2.2.6保护间隔和循环前缀 15 2.2.7 交织 17 2.2.8 OFDM的同步技术 17 2.2.9 OFDM系统的重要参数设计 18 第三章 OFDM系统的仿真设计 20 3.1 OFDM的MATLAB仿真 20 3.1.1 MATLAB语言简介 20