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。