第3章 OFDM系统原理

OFDM的原理OFDM是由欧洲广播联盟采用的用于陆地数字广播传输的技术。

因为广播区域的半径通常达到几百公里，并且具有大的延迟传播特性的频率选择性衰落。

随后提出了OFDM扩频(OFDM SS)通信体制，用于无线LAN和蜂窝系统中抑制码片间干扰(ICI)和码符号间干扰(ISI)。

OFDM信号是由大量在频率上等间隔的载波构成。

载波间隔一般取为符号周期Ts的倒数。

当每个子信道的符号由矩形时间脉冲组成时，每个调制载波的频谱为sinx/x形状，其峰值相应于所有其它载波的频谱中的零点。

OFDM的原理如图1。

如果复用载波信号的数据符号间隔为T S，被分隔的频率差为df=n／T S，这些载波信号必须为正交的。

图1 OFDM原理图设{f k}是一组载波，各载频的关系为：{f k} = f0 + k/Ts k = 1,2,3, ...N-1Ts是单元码的持续时间，f0是发送的频率。

作为载波的单元信号组定义为：其频谱相互交叠，满足正交条件：以及,当以一组取自有限集的复数{C j,k}表示数字信号对调制时，则, 即OFDM信号。

通过下式可以解调：图2 给出OFDM调制解调原理方框图。

图2 OFDM调制解调原理图基带OFDM信号可以表示为：N为载波数；为传输数据；f k为第K个载波的频率，满足f k = k/Ts, 在t=nT时,抽样上述方程的信号为：式子的右边是{C k}复数的IDFT变换的实部，因此，可以在时域采用IDFT获得基带OFDM信号，同理可得基带OFDM信号x g(t) 在时域的抽样值为IDFT输出的虚部。

于是，中频信号为：。

2023-11-09•OFDM原理•OFDM实现的关键技术•OFDM系统设计目录•OFDM系统性能评估•OFDM系统应用01 OFDM原理OFDM（正交频分复用）是一种无线通信传输技术，其主要思想是将高速数据流分割为多个低速子数据流，并在多个正交子载波上并行传输。

OFDM技术可以有效抵抗多径效应和频率选择性衰落，提高频谱利用率，实现高速数据传输。

OFDM基本概念OFDM系统主要由调制器、IFFT/FFT变换器和并/串转换器等组成。

调制器负责将输入的数据符号调制到各个子载波上，IFFT/FFT变换器则进行时域/频域变换，实现子载波的并行传输，最后通过并/串转换器将数据符号转换为串行信号进行传输。

OFDM系统组成OFDM信号调制主要采用QAM（Quadrature Amplitude Modulation）等调制方式，将输入的数据符号调制到各个子载波上。

QAM是一种同时对幅度和相位进行调制的调制方式，其调制符号由幅度和相位共同表示。

OFDM信号解调需要经过串/并转换、FFT/IFFT变换、解调等步骤。

串/并转换器将接收到的串行信号转换为并行信号，然后通过FFT/IFFT变换器进行频域/时域变换，得到各个子载波上的数据符号。

最后，解调器对数据符号进行解调，恢复出原始的数据。

02 OFDM实现的关键技术IFFT和FFT算法快速傅里叶变换（FFT）算法FFT是一种高效计算离散傅里叶变换（DFT）及其逆变换的算法，用于将信号从时域转换到频域，以及从频域转换到时域。

在OFDM系统中，FFT用于接收端解调数据，而IFFT则用于发射端调制数据。

逆快速傅里叶变换（IFFT）算法IFFT是FFT的逆运算，用于将信号从频域转换到时域。

在OFDM系统中，IFFT用于将调制后的数据转换为时域信号进行发射。

为了消除多径效应和符号间干扰（ISI），OFDM系统在每个符号之间插入了一段保护间隔。

保护间隔通常为一段循环前缀，其长度与符号长度相同。

ofdm通信系统的基本原理(一)OFDM通信系统的基本原理简介OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用）是一种高效的多载波调制技术，广泛应用于现代无线通信系统中。

本文将从基本原理开始，逐步介绍OFDM通信系统的相关概念和工作原理。

基本概念OFDM通信系统的基本概念包括以下几个方面：载波OFDM系统将信号分成多个子载波进行传输，每个子载波具有不同的频率。

这些子载波之间是正交的，也就是说它们之间互不干扰。

符号周期OFDM系统将每个子载波划分成多个均匀的时间片，称为符号周期。

每个符号周期内包含多个时间域上的符号。

傅里叶变换OFDM系统使用傅里叶变换将时域上的信号转换为频域上的信号。

这样可以将信号分成多个子载波，每个子载波具有不同的频率。

工作原理OFDM通信系统的工作原理如下：1.将要传输的数据分成多个块，并进行误码纠正（例如使用纠错编码算法）。

2.将每个数据块映射到多个子载波上。

不同的子载波可以传输不同的数据。

3.对每个子载波进行调制，将数据转换为一组正弦波信号。

4.对所有子载波进行傅里叶变换，将时域上的信号转换为频域上的信号。

5.将频域上的信号进行并行传输。

6.接收端进行逆傅里叶变换，将频域上的信号转换为时域上的信号。

7.解调和解码接收到的信号，还原出原始数据。

优势和应用OFDM通信系统具有以下优势和应用：•抗多径衰落能力强：由于子载波之间正交，OFDM系统对于多径传播具有很好的抗干扰能力。

•高速数据传输：OFDM系统能够同时传输多个子载波，大大提高了数据传输速率。

•广泛应用于无线通信领域：OFDM技术已经广泛应用于蜂窝网络、无线局域网和数字电视等领域。

总结OFDM通信系统通过将信号分成多个正交的子载波，实现了高速、抗干扰的数据传输。

这种技术广泛应用于现代无线通信系统中，并具有很大的优势和应用前景。

希望本文能帮助读者更好地理解OFDM通信系统的基本原理和工作方式。

无线通信原理-基于matlab的ofdm系统设计与仿真基于matlab的ofdm系统设计与仿真摘要OFDM即正交频分复用技术，实际上是多载波调制中的一种。

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，调制到相互正交且重叠的多个子载波上同时传输。

该技术的应用大幅度提高无线通信系统的信道容量和传输速率，并能有效地抵抗多径衰落、抑制干扰和窄带噪声，如此良好的性能从而引起了通信界的广泛关注。

本文设计了一个基于IFFT/FFT算法与802.11a标准的OFDM系统，并在计算机上进行了仿真和结果分析。

重点在OFDM系统设计与仿真，在这部分详细介绍了系统各个环节所使用的技术对系统性能的影响。

在仿真过程中对OFDM信号使用QPSK 调制，并在AWGN信道下传输，最后解调后得出误码率。

整个过程都是在MATLAB环境下仿真实现，对ODFM系统的仿真结果及性能进行分析，通过仿真得到信噪比与误码率之间的关系，为该系统的具体实现提供了大量有用数据。

- 1 -第一章 ODMF系统基本原理1.1多载波传输系统多载波传输通过把数据流分解为若干个子比特流，这样每个子数据流将具有较低的比特速率。

用这样的低比特率形成的低速率多状态符号去调制相应的子载波，构成了多个低速率符号并行发送的传输系统。

在单载波系统中，一次衰落或者干扰就会导致整个链路失效，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衰落或者干扰的影响。

图1,1中给出了多载波系统的基本结构示意图。

图1-1多载波系统的基本结构多载波传输技术有许多种提法，比如正交频分复用(OFDM)、离散多音调制(DMT)和多载波调制(MCM)，这3种方法在一般情况下可视为一样，但是在OFDM中，各子载波必须保持相互正交，而在MCM则不一定。

1.2正交频分复用OFDM就是在FDM的原理的基础上，子载波集采用两两正交的正弦或余弦函sinm,tcosn,t数集。

ofdm实现原理OFDM（正交频分复用）是一种多载波调制技术，常用于无线通信系统中。

它的基本原理是将高速数据流分成多个低速子载波，然后将它们正交地叠加在一起进行传输。

OFDM的实现原理可以分为信号分割、子载波调制、并行传输和信号合并几个步骤。

在OFDM系统中，将要传输的高速数据流分成多个低速子载波。

这个过程称为信号分割。

通过将高速数据流分成多个低速子载波，可以降低每个子载波的传输速率，从而减小了信号传输过程中的频率扩展和码间干扰。

常见的分割方法有快速傅里叶变换（FFT）和离散余弦变换（DCT）。

接下来，对每个子载波进行调制。

调制方式可以根据实际需要而定，常见的调制方式有相位调制、振幅调制和正交振幅调制。

调制后的每个子载波携带了一部分原始信号的信息。

这些子载波之间是正交的，即它们的频率相互独立且互不干扰。

然后，将调制后的子载波并行传输。

每个子载波独占一部分频谱，通过并行传输可以充分利用频谱资源。

并行传输还可以提高系统的容量和抗干扰能力。

在并行传输过程中，可以采用不同的调制方式和编码方式，以适应不同的信道环境和传输要求。

将所有子载波的信号合并成一个OFDM信号进行发送。

在接收端，通过反向过程，将接收到的OFDM信号分解成多个子载波，并进行解调和解码，还原出原始的高速数据流。

OFDM的实现原理使得它在无线通信系统中具有很多优势。

首先，它可以有效地抵抗多径干扰。

由于每个子载波的带宽相对较窄，所以在多径传输环境中，不同子载波的传播时延可以被视为相等，从而减小了码间干扰。

其次，OFDM可以充分利用频谱资源。

由于子载波之间是正交的，所以可以将它们紧密地排列在一起，提高频谱利用率。

此外，OFDM还具有较好的抗频偏性能，能够适应高速移动和多用户同时传输的场景。

OFDM通过将高速数据流分割成多个低速子载波，并进行调制和并行传输，实现了高效的无线通信。

它的实现原理使得它在抗干扰、频谱利用和抗频偏等方面具有优势，被广泛应用于各种无线通信系统中。

OFDM的基本原理QAMOFDM，全名为正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing），是一种用于无线通信和广播系统的调制技术。

它将高速数据流分为多个较低速的子流，每个子流都通过不同的频率进行传输，这样可以在有限的频谱带宽内传输更多的数据。

1.小载波频分复用：OFDM系统使用多个小载波进行数据传输。

这些小载波之间的频率是互相正交的，即彼此之间没有相互干扰。

每个小载波都可以携带不同的数据，因此可以利用整个频谱带宽进行并行传输。

2.数据编码：在传输前，数据需要进行编码。

OFDM使用正交振幅调制（QAM）来编码数据。

QAM是一种将数字信号映射到信号空间中的调制技术，其中通过调整幅度和相位来表示不同的数据。

OFDM中使用的QAM 调制可以迅速地在复杂信道中进行解调，因此可以减少传输错误。

3.每个子载波的传输：OFDM将高速数据流分成多个较低速的子流，并将每个子流分配到不同的小载波上进行传输。

这些小载波之间的频率是互相正交的，所以它们可以同时传输，而不会相互干扰。

每个子流的传输速率较低，减少了传输错误的可能性。

4.多径传输的抵消：在无线信道中，信号在传播过程中会经历多径传输，即信号会经过多个路径到达接收端。

这会导致信号的多普勒频移和多径干扰。

OFDM通过发送符号间有重叠的子载波，可以实现传输路径延迟间隔的确定，从而避免干扰。

5.频率和时间的选择性衰落补偿：OFDM技术能够通过频率选择性衰落补偿和时间选择性衰落补偿来对信号进行处理，以减少信号衰落带来的传输错误。

频率选择性衰落补偿通过对每个子载波进行独立的等化和错误修正来实现。

时间选择性衰落补偿则通过发送预先加载的循环前缀来实现，以提供时间补偿和保持信号的连续性。

6.高效利用频带：由于OFDM可以将整个频谱带宽有效分割成多个小载波进行传输，因此可以在有限的频带宽度内发送更多的数据。

这使得OFDM成为高速数据传输和宽带通信的理想选择。

OFDM系统原理及其实现通信系统综合设计通信系统综合设计报告题目:OFDM系统原理及其实现学部:班级:姓名:学号:指导教师:撰写日期:通信系统综合设计目录第一章 ..................................................................... . (3)1.1要求...................................................................... (3)1.2系统基本原理及基本模块 ..................................................................... .. (3)1.2.1设计思路...................................................................... . (3)1.2.2系统基本模块...................................................................... ............... 4 第二章 ..................................................................... . (5)2.1编程思路及框架 ..................................................................... . (5)2.1.1信道编码映射 ..................................................................... (5)2.1.2串并/并串变换 ..................................................................... .. (6)2.1.3OFDM调制解调 ..................................................................... .. (7)2.1.4添加/取出循环前缀 ..................................................................... ....... 7 第三章 ..................................................................... . (8)3.1 实验结果 ..................................................................... .. (8)3.1.1码率计算: .................................................................... .. (8)3.1.2试验结果...................................................................... ...................... 8 总结 ..................................................................... ................................................... 12 附录 ..................................................................... (13)通信系统综合设计第一章1.1要求仿真实现OFDM调制解调，在发射端，经串/并变换和IFFT变换，加上保护间隔(又称“循环前缀”)，形成数字信号，通过信道到达接收端，结束端实现反变换，进行误码分析。

目录摘要 (2)ABSTRACT (3)第一章绪论 (4)第二章OFDM系统的基本介绍 (5)2.1OFDM的基本原理 (5)2.1.1 OFDM的产生和发展 (6)2.1.2 DFT的实现 (7)2.1.3 保护间隔、循环前缀和子载波数的选择 (8)2.1.4 子载波调制与解调 (10)2.2OFDM系统的优缺点 (11)2.3OFDM系统的关键技术 (11)第三章OFDM系统仿真实现 (13)3.1OFDM信号的时域及频域波形 (13)3.2带外功率辐射以及加窗技术 (15)3.3在不同信道环境和系统不同实现方式下的仿真 (18)3.3.1 调制与解调 (18)3.3.2 不同信道环境下的系统仿真实现 (20)3.3.3 系统不同实现方式的仿真实现 (22)第四章OFDM系统的仿真结果及性能分析 (23)4.1不同信道环境下的误码特性 (23)4.2不同系统实现方式下的误码特性 (28)第五章总结 (30)摘要本论文以OFDM系统为基础，介绍了OFDM系统的基本原理，以及使用OFDM技术的优势所在，并且展望了今后的无线移动技术的发展前景。

在简单介绍OFDM原理的同时，着重阐述了OFDM系统在不同信道环境和不同实现方式下的误码性能。

主要包括了OFDM系统在加性白高斯信道，在加性白高斯信道和多径干扰两种不同信道环境下系统的误码性能，其中后者还研究了系统在有保护间隔与无保护间隔的误码性能比较。

在理论分析的基础上，用MATLAB进行仿真，最后做出误码性能的分析和比较。

关键字: 正交频分复用（OFDM），离散傅立叶变换，AWGN，，多径干扰，保护间隔。

ABSTRACTThis paper presents you the basic priciple of OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）and where it excels based on OFDM system , following with the prospective of wireless mobile communication. After a brief introduction to OFDM principle , it mainly focuses on the effect of OFDM system under different channels and with different system realizations on the Binary Error Rate (BER). It mainly includes two kinds of channels: the AWGN channel and the AWGN channel with Rayleigh fading. In the latter, we compare the BER with two different system realizations: one with Guarded Intervals(GI), and the other without (GI).Key Words : OFDM, DFT, AWGN, Rayleigh fading ,GI第一章绪论现代移动通信是一门复杂的高新技术，不但集中了无线通信和有线通信的最新技术成就，而且集中了网络接收和计算机技术的许多成果。

OFDM的原理与应用OFDM（正交频分复用）是一种基于频域传输的调制技术，其原理是将高速数据流分为多个低速子载波，然后将这些子载波正交分割，相互之间不会产生干扰。

OFDM技术具有分频复用、抗多径干扰、高频谱利用率等优点，被广泛应用于无线通信、数字电视、宽带接入等领域。

OFDM的原理主要包括子载波分割、调制和FFT（快速傅里叶变换）三个步骤。

首先，将高速数据流分为多个不同频率的子载波，以降低每个子载波的传输速率。

然后，对这些子载波进行调制，将数据编码为正弦或余弦波形。

最后，使用FFT将调制后的子载波合并为一个频域信号，并通过信道进行传输。

OFDM技术具有以下几个重要应用：1.无线通信：OFDM广泛应用于无线通信领域，如Wi-Fi（无线局域网）、LTE（长期演进）等。

由于OFDM技术对多径干扰具有较强的抵抗能力，能够有效提高系统的容量和覆盖范围。

2.数字电视：OFDM被用于数字电视领域，如DVB-T（数字视频广播-地面传输）和DVB-T2等系统。

通过将数字电视信号分成多个子载波，OFDM技术能够有效抵抗多径干扰和频率选择性衰落，提高信号质量和传输效率。

3.宽带接入：OFDM也被用于宽带接入技术，如ADSL（非对称数字用户线路）和VDSL（对称数字用户线路）。

OFDM技术可以利用传输线路的频域衰减特性，提高传输速率和抗干扰能力，实现高速宽带接入。

4.光纤通信：OFDM技术也可以应用于光纤通信系统中，如CO-OFDM （相干光正交频分复用）系统。

通过将光信号分割为多个子载波，CO-OFDM可以提高光纤通信系统的容量和传输距离。

总结起来，OFDM技术的优点在于其对频域干扰和多径干扰有较强的抵抗能力，能够提高系统的性能和可靠性。

随着无线通信和数字传输技术的不断发展，OFDM技术将继续在各个领域发挥重要作用。

无线通信中的OFDM技术原理及应用教程OFDM技术（正交频分复用技术）是现代无线通信领域中常用的一种多载波调制技术。

它能够有效地抵抗多径传播和频偏等问题，提高无线信号的传输质量和系统容量，被广泛应用于Wi-Fi、LTE等无线通信标准中。

本文将从OFDM技术的原理和应用两个方面进行介绍。

一、OFDM技术的原理OFDM技术将高速数据流分为多个较低速率的子载波，每个子载波之间正交，通过多个子载波同时传输数据。

这样可以充分利用频谱，并且能够抵抗多径传播带来的码间干扰。

OFDM系统包含三个主要的过程：调制、并行传输和接收端处理。

1. 调制：OFDM系统使用QAM或PSK等调制方式将原始数据信号转换为复数形式的符号。

复数符号在频域上表示为一个复数序列。

每个复数符号代表一个子载波上的数据。

2. 并行传输：OFDM系统将调制后的符号并行地发送到不同的子载波上。

每个子载波负责传输一部分数据，子载波之间正交避免了码间干扰。

3. 接收端处理：接收端利用FFT（快速傅里叶变换）将接收到的OFDM信号从频域转换为时域。

然后，对每个子载波信号进行解调和译码，将其恢复为原始数据信号。

二、OFDM技术的应用OFDM技术在无线通信领域有广泛的应用，以下列举了几个主要的应用领域。

1. Wi-Fi网络：OFDM技术是Wi-Fi网络中使用的一种调制技术。

Wi-Fi网络使用的是802.11标准，其中包括了多个子标准，如802.11a、802.11g和802.11n等。

这些子标准中的大部分都采用了OFDM技术，用于提供高速、稳定的无线网络连接。

2. 移动通信：OFDM技术也被广泛应用于移动通信领域，如LTE（Long Term Evolution）网络。

LTE网络采用了OFDMA（OFDM Access）技术，将频谱划分为不同的子载波，用于同时传输多个用户的数据。

这样可以提高系统容量和频谱效率，实现高速的移动数据传输。

3. 数字电视和广播：OFDM技术在数字电视（DVB-T）和广播（DAB）中也有应用。

OFDM基本原理OFDM（正交分频多址）是一种多载波调制技术，常用于无线通信和数字广播领域。

它能够将高速数据流分成多个低速子流，并将这些子流调制到正交的子载波上发送，从而实现高效的数据传输和频谱利用。

OFDM的基本原理如下：1.频率分割：将高速数据流划分为多个低速子流。

这个过程可以通过将数据流分成不同的频率带来实现。

频率分割可以基于多路复用技术，使多个子流同时在不同的频带上传输。

2.子载波生成：OFDM使用正交的子载波传输数据。

在频率分割后，将每个频带进一步划分为多个正交的子载波，每个子载波的频带宽度较窄。

子载波之间的间隔是两个子载波的频域上正交，也就是说，其相互之间没有干扰。

3.符号调制：每个子载波都可以使用不同的调制方案，如PSK、QAM 等。

调制方案的选择取决于每个子载波的信噪比和传输速率需求。

每个子载波上传输的信息可以被认为是一个符号。

4.并行传输：不同的子载波可以并行传输，这意味着它们可以同时传输数据，而不会相互干扰。

这是因为OFDM中的子载波是正交的。

并行传输通过并行处理技术实现，可以显著提高数据传输率。

5.频谱利用：OFDM的一个主要优势是其高效的频谱利用。

由于子载波之间的正交性，它们可以更紧密地分布在信道中并占用更窄的频率带宽。

这种突发的频谱利用使得OFDM在无线通信环境中更具竞争力。

6.多径传播抗性：OFDM对多径传播（指信号通过不同路径到达接收器）有很好的抗性。

它能够通过改变不同子载波的相位和幅度，有效地抵消多径信号引起的码间干扰，提高信号的抗干扰性能。

总结起来，OFDM基于频率分割和子载波的正交性，将高速数据流划分为低速子流，并将这些子流调制到正交的子载波上进行并行传输。

OFDM通过并行处理和高频谱利用率实现了高效的数据传输和频谱利用，并具有对多径传播抗性的优势。

它被广泛应用于现代无线通信和数字广播系统中。

OFDM系统基本原理及技术OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）系统是一种常用的多载波调制技术，用于把高速数据流分割成多个低速子流进行并行传输。

本文将详细介绍OFDM系统的基本原理和技术。

一、基本原理1.子载波的正交性：OFDM通过将频谱分成多个相互正交的子载波来传输数据。

这些子载波在不同的频率上进行传输，彼此之间不会干扰。

在接收端，通过使用正交频分复用器对不同的子载波进行解调，可以将它们恢复成原始的数据。

2.前导序列：OFDM系统在传输数据之前，在每个子载波上插入了一组已知的前导序列作为标志。

接收端使用这些前导序列来估计信道的频率响应，并进行相应的补偿，以减少信道引起的失真。

3.低复杂度的等化：OFDM系统采用频域均衡来抑制多径效应带来的干扰。

接收端使用快速傅里叶变换（FFT）对接收到的信号进行频谱分析，并对每个子载波进行均衡。

由于各个子载波是正交的，可以并行地进行等化，大大降低了计算复杂度。

二、技术实现1.子载波设计：OFDM系统通过将频谱分成多个子载波来传输数据。

每个子载波的带宽与信道的传输带宽有关。

在系统设计中，需要确定每个子载波的带宽和数量，以及子载波之间的频率间隔等参数。

一般情况下，子载波的带宽相等，频率间隔正好等于子载波的带宽。

2.保护间隔插入：OFDM信号的传输受到多径效应的影响，因此在相邻OFDM符号之间插入一定的保护间隔是必要的。

保护间隔的长度需要根据信道延迟扩展的程度来确定。

3.调制方式：OFDM系统可以采用不同的调制方式，如二进制相移键控（BPSK）、四进制相移键控（QPSK）、八进制相移键控（8PSK）等。

调制方式的选择需要综合考虑系统的传输速率、误码率和功率效率等因素。

4.信道估计和均衡：OFDM系统需要对信道进行估计，并进行补偿以消除信道引起的失真。

常用的信道估计算法包括最小均方误差（MMSE）估计和最大似然估计（ML）等。