单载波和OFDM调制方式介绍

OFDM原理介绍OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）是一种多载波调制技术，其原理是将数据流分为多个低速子信道，并将这些子信道通过正交子载波进行并行传输，从而提高了信道利用率和抗多路径干扰能力。

传统的单载波调制技术（SC-FDM）将整个带宽分为一个个窄带子信道进行传输，这样可以减小多路径干扰的影响，但是在高速传输时会产生频谱效率低、复杂度高的问题。

OFDM通过将一个宽频带信号分割为多个窄频带信号进行传输，实现了高频谱利用率和高传输速率。

OFDM系统的原理如下：1.带宽划分：将整个带宽划分为多个子信道，每个子信道的带宽相对较窄。

每个子信道的带宽可以根据传输条件和需求来调整。

2.IFFT转换：在发送端，将每个子信道的调制符号通过傅里叶反变换（IFFT）转换为时域信号。

IFFT将频域信号转换为时域信号，使得各个子载波之间形成正交关系。

3.并行传输：经过IFFT转换后的信号进行并行传输，即将各个子载波的时域信号叠加起来，形成OFDM符号。

4. 加入保护间隔：由于时域信号叠加可能导致符号之间的重叠，为了避免相邻符号之间的干扰，OFDM系统在每个OFDM符号之间添加了保护间隔（guard interval）。

保护间隔是一段无信号的时间或频率间隔，用于消除多径效应引起的符号间干扰。

5.加入循环前缀：在OFDM符号的开头加入一段与OFDM符号末尾相同的循环前缀，循环前缀可以在接收端用来消除多径效应引起的符号间干扰。

6.接收端处理：接收端先去除保护间隔，然后进行傅里叶变换（FFT）将时域信号转换为频域信号，在频域信号中提取出各个子信道的调制符号。

OFDM技术具有以下几个优点：1.抗多路径干扰：OFDM通过循环前缀和保护间隔的设计，可以有效抵消多径传输引起的符号间干扰，提高系统的抗多路径干扰能力。

2.高频谱利用率：OFDM将频谱划分为多个子信道进行传输，可以更有效地利用带宽资源，提高频谱利用率。

正交频分复用，英文原称Orthogonal Frequency Division Multiplexing，缩写为OFDM，实际上是MCM Multi-CarrierModulation多载波调制的一种。

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。

目前OFDM技术已经被广泛应用于广播式的音频和视频领域以及民用通信系统中，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。

正交频分多址技术可以视为一调制技术与多工技术的结合。

调制(modulation)将传送资料对应于载波变化的动作，可以是载波的相位、频率、幅度、或是其组合。

多工(multiplexing)正交频分多址之基本观念为将一高速资料串行分割成数个低速资料串行，并将这数个低速串行同时调制在数个彼此相互正交载波上传送。

由于每个子载波带宽较小，更接近于coherent bandwidth，故可以有效对抗频率选择性衰弱通道(freqency-selective channel)，因此现今以大量采用于无线通信。

正交频分多址属于多载波(multi-carrier)传输技术，所谓多载波传输技术指的是将可用的频谱分割成多个子载波，每个子载波可以载送一低速资料序列。

OFDM优点:采用正交频分复用可以提高电力线网络传输质量，它是一种多载波调制技术。

传输质量的不稳定意味着电力线网络不能保证如语音和视频流这样的实时应用程序的传输质量。

OFDM 技术原理及关键技术介绍一、原理介绍1、OFDM 的基本原理介绍在数字通信系统中，我们通常采用的通信系统是单载波传输系统模型，如图1所示。

tjw 0t jw 0图1. 单载波传输示意图图中g(t)是匹配滤波器(对于给定的码元波形，使得输出信噪比最大的线性滤波器)，这种系统在传输速率不是很高的情况下，因时延产生的码间干扰不是特别严重，可以通过均衡技术消除这种干扰。

所谓码间干扰（intersymbol interference ，ISI ）就是当一个码元的时延信号产生的拖尾延伸到相邻码元时间中去的时候，会影响信号的正确接收，造成系统误码性能的降低，这类干扰就是码间干扰。

而当数据传输速率较高的时候，若想要消除ISI ，对均衡的要求更高，需要引入更复杂的均衡算法。

随着OFDM 技术的兴起与发展，考虑到可以使用OFDM 技术来进行高速数据传输，它可以很好地对抗信道的频率选择性衰落，减少甚至消除码间干扰的影响。

OFDM 的全称是正交频分复用，是一项多载波传输技术，可以被看作是调制技术，也可以当作是一种复用技术。

其基本原理是把传输的数据流串并变换后分解为若干个并行的子数据流（也可以看作将一个信道划分为若干个并行的相互正交的子信道），这样每个子数据流的速率比串行过来的数据流低得多（速率变为多少取决于变换为多少路并行数据流），这样的话每个子信道上的码元周期变长，每个子信道上便是平坦衰落，然后用每个子信道上的低速率数据去调制相应的子载波，从而构成多个低速率码元合成的数据发送的传输系统，其基本原理图如图2。

图2. OFDM 系统调制解调原理框图在单载波系统中，一次衰落或者干扰就可以导致整个链路性能恶化甚至失效，但是在多载波系统中，某一时刻只会有少部分子信道受到衰落的影响，而不会使整个通信链路性能失效。

在衰落信道中，根据多径信号最大时延m T 和码元时间s T 的关系，可以把性能降级分为两种类型：频率选择性衰落和平坦衰落。

关于OFDM(正交频分复用)通信技术浅析2009年5月18日通信世界网评论：2条查看我来说两句OFDM（orthogonalfrequencydivisionmultiplexing）正交频分复用作为一种多载波传输技术，主要应用于数字视频广播系统、MMDS （multichannelmultipointdistributionservice）多信道多点分布服务和WLAN 服务以及下一代陆地移动通信系统。

一、OFDM基础OFDM是多载波数字调制技术，它将数据经编码后调制为射频信号。

不像常规的单载波技术，如AM/FM（调幅/调频）在某一时刻只用单一频率发送单一信号，OFDM在经过特别计算的正交频率上同时发送多路高速信号。

这一结果就如同在噪声和其它干扰中突发通信一样有效利用带宽。

传统的FDM（频分复用）理论将带宽分成几个子信道，中间用保护频带来降低干扰，它们同时发送数据。

例如：有线电视系统和模拟无线广播等，接收机必须调谐到相应的台站。

OFDM系统比传统的FDM系统要求的带宽要少得多。

由于使用无干扰正交载波技术，单个载波间无需保护频带。

这样使得可用频谱的使用效率更高。

另外，OFDM技术可动态分配在子信道上的数据。

为获得最大的数据吞吐量，多载波调制器可以智能地分配更多的数据到噪声小的子信道上。

应用OFDM来克服码间串扰和邻频干扰技术可以追溯到上世纪60年代中期。

然而，长久以来OFDM的实际应用受限于快速富里叶变换器的速度和效率。

如今，高性能PLD（可编程逻辑器件）技术的成熟造就了OFDM 现阶段的应用。

现代单载波调制方式如积分幅度调制（QAM）或积分移相键控调制（QPSK），结合了基本的调幅、调频、调相技术来提供更高的噪声抑制和更好的系统吞吐量。

利用增加的复杂调制技术要求有高性能的数字逻辑，但也允许系统构造者获得更高的信噪比和接近先农限制的频谱有效性。

二、OFDM的应用最近，OFDM已于几例欧洲无线通信应用中被采用，如ETSI标准的数字音频广播（DAB）、陆地数字视频广播（DVB-T）。

OFDM的基本原理剖析1 从FDM到OFDM早期发展的无线网络或移动通信系统，是使用单载波调制(Single-carrier Modulation)技术，单载波调制是将要传送的信号(语音或数据)，隐藏在一个载波上，再藉由天线传送出去。

信号若是隐藏于载波的振幅，则有AM、ASK调制系统；信号若是隐藏于载波的频率，则有FM、FSK调制系统；信号若是隐藏于载波的相位，则有PM、PSK调制系统。

使用单载波调制技术的通讯系统，若要增加传输的速率，所须使用载波的带宽必须更大，即传输的符元时间长度(Symbol Duration)越短，而符元时间的长短会影响抵抗通道延迟的能力。

若载波使用较大的带宽传输时，相对的符元时间较短，这样的通讯系统只要受到一点干扰或是噪声较大时，就可能会有较大的误码率(Bit Error Ratio, BER)。

为降低解决以上的问题，因此发展出多载波调制(Multi-carrier Modulation)技术，其概念是将一个较大的带宽切割成一些较小的子通道(Subchannel)来传送信号，即是使用多个子载波(Subcarrier)传来送信号，利用这些较窄的子通道传送时，会使子通道内的每一个子载波的信道频率响应看似平坦，这就是分频多任务(Frequency Division Multiplexing, FDM)观念。

因为带宽是一个有限的资源，若频谱上载波可以重迭使用，那就可以提高频谱效率(Spectrum Efficiency,η)，所以有学者提出正交分频多任务(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM)的技术架构。

FDM与OFDM两者最大的差异，在OFDM系统架构中每个子信道上的子载波频率是互相正交，所以频谱上虽然重迭，但每个子载波却不受其他的子载波影响。

图1FDM与OFDM频谱FDM和OFDM频谱互相比较，如图1所示，OFDM所须的总带宽较小，倘若可以提供的载波总带宽是固定的，则OFDM系统架构将可以使用更多的子载波，使得频谱效率增加，提高传输量，而能应付高传输量需求的通讯应用。

单载波调制和OFDM调制单载波的调制：单载波的调制就是采用一个信号载波传送所有的数据信号。

无线信道的多路径散射会造成相邻符号之间的干扰，就是我们常说的符号间干扰（ISI）。

如果这一信号使有用信号恶化，影响到射频信号的正确解调，那么有两种方法来解决：一种是在接收机端采用均衡器来消除ISI干扰，可以达到接近OFDM调制的误码率。

另一种是采用分集天线的方式可以有效地消除这种干扰，即采用两个不同方向的天线来进行接收。

对于3.5G的频段，在城市的覆盖区中，不同天线接收的信号必须将延迟均方根值速度限制在1us或者更少，尽量减少延迟速度大于10us的信号的比例。

对于这些延迟速度的值，本地时间均衡器提供一个简单的解决方法。

按照这种方式，单载波系统能够与OFDM调制方式提供相同的误码率。

时分单载波处理系统提供很大的灵活性，因为发射的数据包能被动态调整到恰当的长度，而最小数据包的长度上没有限制。

如果需要，很小长度的数据包都能够被处理，如短的确认信号等。

这种方式相对于以数据块交换的系统如OFDM有着更高的传输效率和更低传输延迟的优点。

单载波调制的其它关键优势：单载波避免了多载波系统的在各相位相同时的最大瞬时电功率与平均电功率的比值（PAPR）很大的问题，这样在设计中可以采用更经济高效的功率放大器，技术更成熟，系统的稳定性更高。

单载波系统对频率偏移和相位噪声要求相对于OFDM系统要低得多。

对于突发的点对多点的通信系统，单载波的调制方式能够使频率和时间同步设计变得更加简单，同时提高了系统的稳定性。

OFDM 调制：OFDM调制方式是一种多载波调制方式，这种方式将一个载波分为许多个带宽较窄的次载波，这些次载波相互正交，采用快速傅立叶变换将这些次载波信号进行编码。

次载波频分器将信号反转，使之正交，对于n个次载波，每一个次载波的符号速率被载波调制器分为整个符号速率的1/n，这使得调制后符号速率长于多经延迟从而减少符号间干扰（ISI）。

符号间干扰�高数据率意味着高符号率（比特率）�高符号率意味着短符号（在时间域里）�多径效应�B接收相同符号的多种复制，及时转换�对于相同的多径延迟，短符号比长符号将遭遇更多有效的ISI�为了最小化ISI，因此增加多径效应的抵抗能力（在多径环境中更好的系统运作），应该在传输中使用长符号�但是长符号意味着低符号率（比特率），也就是低带宽频率分集多路传输（FDM）�为了增加整体的信道带宽，符号将由多路载波作为独立的字符串传输�多信道整体带宽通过m因数来增加，m是使用载波的数量信道间干扰（ICI）�FDM信号的频谱是多路信道频谱的叠加�因为信道频谱中所有频率的组成，导致了信道间干扰的产生，影响了载波频率的能量为了最小化ICI，载波必须在频率域有较好的间距，也意味着低频谱利用率红色载波从蓝色和棕色载波上均遭遇到ICI正交频分复用�增加频谱利用率，载波的选择便于每个载波频率不会受到任何其他载波的影响�每个信道的频率与系统中使用的其他载波必须有空点（零点交叉，我个人理解为各载波的交点均在X轴上）。

OFDM允许载波的高密度，而不产生ICI原始的约束条件产生的频宽信道位置（工作频率）信道子载波数量子载波之间的频率间隔调制方式-主要参数值以某产品为例，分为20MHz和10MHz 两种频宽信道位置（工作频点）信道频宽信道子载波数量子载波间隙符号持续期（正交情况下）符号率调制方式-主要参数值假定情况如下进行的速率计算：-符号一个接着一个的传输，没有任何符号时间间隙-所有子载波用于数据传输（没有任何的引导波）-符号中的所有比特都是数据比特（没有向前纠错-FEC比特）以上所有的架设都是错的！每个子载波的真实带宽速率是250kBaud*48个子载波=12Mbaud调制方式-主要参数值假定情况如下进行的速率计算：-符号一个接着一个的传输，没有任何符号时间间隙-所有子载波用于数据传输（没有任何的引导波）-符号中的所有比特都是数据比特（没有向前纠错-FEC比特）以上所有的架设都是错的！每个子载波的真实带宽速率是125kBaud*48个子载波=6Mbaud实现限制-真实数据率20MHz频宽下BPSK-每个符号代表1比特（2个符号）-比特率=12MBaud*1比特/符号=12Mbps-数据率=比特率*编码率-编码率1/2�数据率=12*1/2=6Mbps-编码率3/4�数据率=12*3/4=9MbpsQPSK-每个符号代表2比特（4个符号）-比特率=12MBaud*2比特/符号=24Mbps-数据率=比特率*编码率-编码率1/2�数据率=24*1/2=12Mbps -编码率3/4�数据率=24*3/4=18Mbps 16QAM-每个符号代表4比特（16个符号）-比特率=12MBaud*4比特/符号=48Mbps-数据率=比特率*编码率-编码率1/2�数据率=48*1/2=24Mbps -编码率3/4�数据率=48*3/4=35Mbps64QAM-每个符号代表6比特（64个符号）-比特率=12MBaud*6比特/符号=72Mbps-数据率=比特率*编码率-编码率1/2�数据率=72*1/2=36Mbps -编码率3/4�数据率=72*3/4=54Mbps每个信道支持的速率OFDM技术骨头实现限制-真实数据率10MHz频宽下BPSK-每个符号代表1比特（2个符号）-比特率=6MBaud*1比特/符号=6Mbps-数据率=比特率*编码率-编码率1/2�数据率=6*1/2=3Mbps-编码率3/4�数据率=6*3/4= 4.5MbpsQPSK-每个符号代表2比特（4个符号）-比特率=6MBaud*2比特/符号=12Mbps-数据率=比特率*编码率-编码率1/2�数据率=12*1/2=6Mbps-编码率3/4�数据率=12*3/4=9Mbps 16QAM-每个符号代表4比特（16个符号）-比特率=6MBaud*4比特/符号=24Mbps-数据率=比特率*编码率-编码率1/2�数据率=24*1/2=12Mbps -编码率3/4�数据率=24*3/4=18Mbps64QAM-每个符号代表6比特（64个符号）-比特率=6MBaud*6比特/符号=36Mbps-数据率=比特率*编码率-编码率1/2�数据率=36*1/2=18Mbps -编码率3/4�数据率=36*3/4=27Mbps每个信道支持的速率非视距下的OFDM非视距的定义K因数=视距下接收到的能量总和/遮挡下接收到的能量总和，K>5dB为视距，K<5dB为非视距非视距下的OFDM-衰减�到达B的反射信号在时间和相位上进行转换（相对于主信号和其他反射信号）�B的主信号和反射信号混合�一些反射信号的相位与主信号相同，其他的与主信号相位相反�相位相反的信号会与其他信号相减，这就是衰减的产生�根据地势，组件转换的相位总和就是频率的功能�相同地势下，不同频率的衰减是不同的，这就是信道频率响应视距下的OFDM非视距下的OFDM。

单载波调制、多载波调制简介所谓单载波调制，就是将需要传输的数据流调制到单个载波上进行传送，如：4-QAM （QPSK）、8-QAM、16-QAM、32-QAM、64-QAM、128-QAM、256-QAM或8-VSB、16-VSB 等都是单载波调制。

QAM调制也叫正交幅度调制，简称正交调幅；因为正交调幅有很多种调制模式，如上面列出的就有7种，一般记为n-QAM，n表示各种调制映射到星座图上的模数。

模数越低，调制和解调电路就越简单，但传输的码率也相应降低，例如：4-QAM的码率为2bit/S，而16-QAM的码率为4bit/S。

一般，信号传输条件越差，选择的模式就越低，例如：卫星通信只能选择QPSK，而有线电视可选64-QAM和128-QAM，甚至256-QAM；对于地面电视广播，信号发送一般选8-QAM、16-QAM、32-QAM，最高只能选到64-QAM。

正交调幅就是把一序列需要传送的数字信号（2进制码）分成两组，并分别对两组数字信号进行幅度编码，使之变成幅度不同的调制信号，即I信号和Q信号，然后用I信号和Q信号分别对两个频率相同，但相位正好相差的两个载波进行调幅，最后再把两路调制过的信号合成在一起进行传送。

由于在调制之前已经对输入信号进行过幅度编码，因此，这种调制也称为正交数字幅度调制。

我国的HDTV如选用MPGE-2编码，最高传送码率大约为20M bit/S，如果选用16-QAM 调制模式，其频谱利用率是每赫芝传送4位数据，即码率为4bit/S。

由此可知其载波最高频率约为6MHz，经高频调制后采用残留边带发送，其载频带宽大约为7点多MHz。

所谓多载波调制，就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，然后调制到在每个子信道上进行传输。

如：n-COFDM，其中n为子载波数目。

清华的DMB-T方案选用的是多载波调制，在DMB-T方案中采用3780-COFDM调制方式。

多载波调制也叫编码正交频分复用调制。