OFDM技术原理及其应用

串I并变换 在 !"#$ 系统中， 每个符号可以传送 S7 9 S777H*3 （ 典型
值） 的数据， 串I并变换就是将输入的串行数据流转换成被 !"#$ 符号传送的并行数据。分配到每个符号的数据量依赖 于调制的方案和子载波数目。例如采用 J:I\2$ 进行子载波 调制， 若同时有 J77 个子载波 J 个子载波可携带 SH*3 的数据， 用于传送， 一个 !"#$ 符号携带的数据量就是 S77H*3。此外
网络与通信
信息技术与信息化
!"#$ 技术原理及其应用
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李引凡! !" #$%&’(%
摘 要 最初主要用于军事通信。后来， 人们采用 #"% 实现多载波调 !"#$ 的概念诞生于 67 世纪 87 9 :7 年代， 格栅编码技术、 制， 同时 ;<= 的发展解决了 =""% > ""% 的实现问题。随着 #<( 芯片技术、 ?;<= 器件的发展， 软判决技术、 信道自适应技术等的出现， !"#$ 技术开始向实际应用转化。本文分析了 !"#$ 技术的基 本原理， 并介绍了其实现的关键技术及应用。 关键词 正交频分复用 保护间隔 同步 峰值与均值功率比
%&’ ,4+,’-3 45 !)3&4@4+0. ")’AB’+,C #*D*/*4+ $B.3*-.’E*+@（ !"#$） F0/ ,0G’ *+34 H’*+@ *+ G*1IJK87/， *3 F0/ 0--.*’1 G0*+.C 34 G*.*30)C ,4GGB+*,03*4+/ 03 5*)/3L 253’)F0)1，"0/3 "4B)*’) %)0+/54)G 2.@4)*3&G（ ""%） F0/ 0--.*’1 34 $B.3*IM0))*’) $41B.03*4+ （ $M$） 0+1 3&’ 1’D’.4-G’+3 45 ;0)@’ <,0.’ =+3’@)03*4+ （ ;<=） /4.D’1 3&’ *G-.’G’+303*4+ 45 !"#$%&’$ =""% > ""%L 253’) 3&’ 1’D’.4-G’+3 45 3&’ #<( N ?;<= 0+1 3&’ 0--’0)0+,’ 45 3&’ 3’,&+4.4@*’/ *+,.B1*+@ %)’..*/ M41’， <453 #’,*/*4+，’3,，!"#$ F0/ -)’.*G*+0)C 0--.*’1 -)0,3*,0..CL =+ 3&*/ -0-’)，3&’ H0/*, -)*+,*-.’/ 45 !"#$ 0)’ 0+0I .CO’1，3&’+ 3&’ 0B3&4) *+3)41B,’/ 3&’ P’C 3’,&+4.4@*’/ 0+1 0--.*,03*4+/ 45 !"#$L ()*+,%-# !"#$ QB0)1 (’)*41 <C+,&)4+*O03*4+ (2(R
行数据流后， 再解调译码恢复信号。当然， 这样做付出了带 宽的代价， 带来了能量损失（ 能量损失就越大） 。 !" 越长，
图#43;?
基于子载波的导频
基于子载波的导频又称为频域导频， 即将特定子载波位 添加 !" 技术是基于离散线性系统原理。我们知道， 在 连续时间域， 两个时域信号的卷积等于这两个信号频域形式 的乘积。但是， 这在离散时域的情况下一般是不成立的， 除 非使用无限大的样值点 ( 或者至少一个卷积信号是周期性 的（ 在该情况下， 信号可以被圆周卷积） 。因为我们只能使用 有限的样值点 (， 所以只能利用 !" 使 $%&’ 信息码在我们 感兴趣的时间区内呈现周期性。 置处加入导频符号。引入导频的主要目的是为了在收端对 信道进行估计和恢复， 同时也可以被用于时频同步。这种方 法常用于连续数据传输系统， 如 &@9A< 中的连续导频和离散 导频等。在这些系统中， 有较多数量的子载波， 所以导频的 开销是可以容忍的。 )+) 降低 "-". 由于 $%&’ 信号是由一系列的子信道信号重叠起来的， 所以很容易造成较高的峰值与均值功率比（ "5*BAC2A-D56*E5 。高 "-". 信号通过高频功率放大器时会 "-".） "2F56 .*CG2， 有很大的频谱扩展和带内失真， 导致放大器的功率效率降 低， 这就增大了发送端对高频功率放大器线性度的要求， 同 时接收端对前端放大器以及 - H & 变换器的线性度要求也提 高了。目前， 解决 "-". 问题大致有三种方法： *+ 信号失真技术。通过在 $%&’ 信号的峰值附近进行 非线性失真， 以达到减小峰值幅度的目的， 包括削波、 峰值开 窗和峰值对削等技术。 使得产 ,+ 编码技术。通过设计特殊的前向纠错码组， 生的 $%&’ 符号的 "-". 较小， 接收端还可利用冗余信息进 行纠错， 降低 9:.。 /+ 通过选择 "-". 比较小的不同扰码序列对 $%&’ 符 号进行扰码， 以达到降低 "-". 的目的。
!" #""$ 年第 % 期
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还可采用自适应调制方案， 即根据各子载波上 !"# 的不同， 在各子载波上使用不同的调制方式（ 如 $%!&、 ’%!&、 (%!&、 ， 以期达到最大的频谱利用率， 同时维持 )*’+,、 *-’+, 等） 每个子载波上携带的数据量也 一个可以接受的 $.#。这样， 会各不相同。 在接收时， 串/并变换则进行相反的过程， 将子载波上的 数据转换成原始的串行数据流。 )01 子载波调制 对子载波进行调制时， 数据符号被映射到一个相应的星 座图上（ 如图 1） ， 每 -234 映射一个符号， 并且这 -234 数据拥
・’"1!(.) ｝ H #I { ( # %&’"1!+ ) ) ’"1!(.) } H #I｛ /（ )） &HE 的低通复包络为： *（ )）
$F) $F) & & & （ /（ )） H # %&0"1!+ ) H # （ 1& = "2& ） J<C1 ! + ) = " C3K1 ! + )） &HE &HE $F) & & （ H #［ 1& J<C1 = ! + ) F 2& C3K1 ! + )） &HE & & ］ "（ 2& J<C1 H !（ )） = "#（ )） ! + ) = 1& C3K1 ! + )） 若以 (, H ) - ), 为采样频率对 / （ 采 样， ［ 内共有 )） E， +］
令 ), 为符号序列（ … %$ F )） 的时间间隔， 显然 + H %E ， %) ， 各子载波的频率为 ) - + 的整数倍， $), ， (& H （ 得 &. 为整数）
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$F) 1 1 （ H #［ 1& J<C !&3 F 2& C3K !&3） = $ $ &HE 1 1 ］ "（ 2& J<C !&3 = 1& C3K !&3） $ $ …$ F ) 3 H E， )， $F)
正交频分 !"#$（ !)3&4@4+0. ")’AB’+,C #*D*/*4+ $B.3*-.’E*+@， 复用） 技术是多载波调制（ 技术 $B.3*IM0))*’) $41B.03*4+， $M$） 的一种， 其概念于 67 世纪 87 9 :7 年代提出， 67 世纪 K7 年代 后， !"#$ 开始被欧洲和澳大利亚应用于广播信道的宽带数 据通信、 #2U、 #?UI%、 V#%? 和 W;2X 等领域。
频率间隔， 各子载波间满足正交性就是使下式成立：
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只要适当选择子载波间的频率间隔 !’ ， 使 !’ Y J 1 , ， 即 可使各载波在整个 !"#$ 符号周期内满足正交性。当 !"#$ 符号由矩形时间脉冲组成时， 每个调制载波的频谱为 /*+ 2 1 其峰值相应于所有其他载波频谱中的零点（ 如图 J） ， 可见 2， 满足正交性准则。