OFDM的基本原理分析综述
目录
TOC\o1-3\h\u23368OFDM的基本原理分析综述 1
115811.1OFDM的调制解调原理 1
155271.2调制方式 4
297221.3信道模型 6
84111.4OFDM的优缺点 7
230981.4.1优点 7
11231.4.2缺点 7
OFDM技术是一种以连续的方式将高速的串行资料转换为N个较慢的并行资料，然后再进行各种载波的调制。由于采用了平行传送系统，使码元的脉宽大为增加，同时对多路径信道的抑制能力也有所改善。多路复用（FDM）技术中，由于子载波之间的频谱是独立的，在发送信息和接收信息时要用多个发射滤波和接收滤波来进行，导致系统消耗的费用变高，计算量也变得更大。同时，确保各子载波间有一段间隔，以减少每个子载波之间的串联干扰，从而使整个系统的使用效率下降。正交频分复用（OFDM）方法通过将正交频率分割技术与MIMO技术相结合，减少了信道对信号的干扰，可减少信道对系统中数据传输的影响从而更准确地访问数据[4]。
在一个传送通道中，并非只有一个路径，多路径传播过程中，子载波因为时延而互相干扰，可能使各子载波间的正交发生紊乱。解决多径传播出现的时延问题，保护间隔是最优选择，在OFDM发射信号之前加入一段时间的OFDM信号。当多路径延迟不超出防护时间范围时，不会影响到各子载波间的正交。
1.1OFDM的调制解调原理
图2-1OFDM系统的框架
OFDM通过划分正交子信道，并利用子载波对子信道进行调制，再把高速串行信号变换成平行的低速信号，使各子载波段的数据码元间隔变大，从而可以有效地降低由于无线电通道的时延而造成的干扰。信号经过IFFT操作后，增加OFDM码元的保护间隔，如果保护时间间隔大于信道中最长的延迟，则可以有效地避免由于多路径影响而造成的码间干扰。在实际设计中，系统不采用一段闲置的保护间隔，而是采用添加循环前缀的方式，这样才不会因为多径效应而给信道间产生太多的影响，进行串行转换后将信号发送出去。信号到达系统的接收端时，先是串行转换并行，接着去掉循环前缀，采用FFT进行解调之后将数据串行逐个恢复初始数据[5]。
在OFDM中的子载波的频谱与常规多载波法中子载波的频谱不一样，是彼此重叠的，接收方在进行数据还原时可以巧妙利用正交特性。
OFDM信号调制的数学表达形式如下：
（2-1）
式子2-1中的d(n)表示调制码元中的第n个，T=保护间隔Tg+码元周期Ts，那么每个子载波会具有以下的频率：
（2-2）
子载波频率中f0是最小的。因为OFDM符号是在并转换M字符串后被并行发送的，其周期变为原来的M倍，即Ts=MTs，忽略Tg，结合上两式可得：
(2-3)
式中X(t)为复等效基带信号
(2-4)
以1/ts的取样速度取样X(t)，即tk=kts。，则有
(2-5)
从上式知：X(tk)经过反离散傅里叶变换得到d(n)，则可以采用IFFT对OFDM进行调制。IFFT与FFT为互逆关系，调制与解调亦是如此，因此接收端可以采用与IFFT互逆的FFT来实现解调[6]。
在OFDM中，每个相邻的子载波之间有一定的的频率范围，而频率范围又与最小允许范围相同，如图2-2多路子载波正交频谱图，如下图所示，不同路径的载波频谱重叠，但事实上，由于它们在符号持续期间处于正交状态，接收器可以很容易地使用这个功能来区分子载波。如此密集的子载波频率不仅可以被充分利用，而且在信道中不用进行波段间隔的防护。凸显出了OFDM的长处。子载波经调制后，如果使用QPSK以及4QAM等类型对系统进行调制时，子载波依然保持正交，是因为它的各个波段的位置和形态没有任何变化，只是有几个空穴在幅度和相位上。根据每个路径载波所在的信道特点，可以根据每个路径载波所在的信道特点进行不同的调制，并且能够根据信道特点进行相应的调整，因此它的适应性非常强[7]。
图2-2多路子载波正交频谱图
1.1.1串并转换
传统的数据传输的方法是连续传输，即采用了连续的码元，在频率上，每一个码元可以占据所有的可用带宽，资源浪费而且传输信息慢。但若使用并行数据传送方式，大量的码元会被同步传送，则会降低这些问题。
OFDM中，各个码元的传送速率从几十Baud到几十kBaud不等，这就要求OFDM传送码元的串行和平行变换。由于该调制组件能够根据各种情况而调整，各个载频的组件也会发生变化，因此，可以变化比特数目，并根