数字通信(第十一讲)OFDM 基础

1、1,数字通信 (第十一讲) OFDM 基础 2011,2,OFDM 简介,OFDM Orthogonal frequency division multiplexing 正交频分复用 下一代宽带通信系统中的核心技术 WiMAX LTE 优点 高频谱效率 抵抗多径信道 支持宽带传输,3,单载波通信系统的基带模型,4,OFDM 通信系统的基带模型,对于均匀子载波间隔,5,OFDM 信号：以调制 BPSK 信号1，1，-1，-1，1为例,OFDM调制时域描述,S/P,OFDM调制时域描述,例 ：以简单的BPSK调制的各个子载波的波形来详细的描述，考察经调制后调制器输出的实部的基带波形,OFDM 原理

2、,频率选择性衰落 产生码间串扰 使误码增加 自适应均衡措施克服码间串扰,频率非选择性衰落(子载波信道) 数据码元时间宽度加长 减少码间串扰 并行码调制到一组正交载波集,OFDM调制时域描述,子载波（sub carrier,子载波必须是一组正交函数集，定义为,满足,OFDM调制时域描述,子载波（sub carrier） 在一个符号的持续时间T内每个载波要有整数个周期； 相邻的载波间隔为f=1/T； 该载波间隔是在T时间内两个载波正交的最小间隔,OFDM调制频域描述,12,与OFDM系统相对应的单载波系统时频描述,OFDM调制频域描述,S/P,OFDM调制频域描述（仿真结果,15,时频特性,傅立叶

3、变换特性,16,需要考虑的几个问题,相邻子载波间的频差有多少？(多普勒) 给定频带内能放置几个子载波？(效率) OFDM 时域符号长度为多少？(有效长度) OFDM 信号如何与现有调制方式相结合,OFDM调制频域描述,OFDM系统的频谱有若干 的子信道的频谱交叠而成 子载波在一个符号周期内 正交 频谱的交叠不影响符号的 恢复 OFDM的频谱利用率高 当子载波数较大时信道的 的频谱接近矩型,18,OFDM 的频谱利用率高 当子载波数较大时，OFDM 信道的频谱接近矩形 有效利用了频谱,频谱效率,使用FFT的OFDM系统,Back,使用FFT的OFDM系统,N个并行的符号X(k)经过反傅立叶变换，

4、得到一组序列 x(n)， n=0，1，.N-1 ，被叫做一个OFDM的符号,以T/N为周期进行抽样，得到的离散序列为,使用FFT的OFDM系统 （保护间隔,在OFDM系统中保护间使用了循环前缀(CP) 相邻的两个符号被一段时间隔离 防止符号间干扰 （ISI） 为符号时间同步提供方便,OFDM信号频谱成型滤波 (D/A)及射频调制,S(t,OFDM系统接收端模型,OFDM系统接收端模型,假设： 理想信道 忽略高斯噪声 理想本振 理想同步,OFDM系统接收端模型,角标k表示了第k个并行的受调数据及第k个子载波，为 频域的序号； 角标n表示了一个OFDM符号以T/N为周期进行抽样的第n 个抽样点，为

5、时域的序号,OFDM系统接收端模型,OFDM时域信号特征,基于大数定理，发端信号经过IFFT变换后（OFDM时域信号）呈均值为0的高斯信号分布 该时域信号信号不像单载波系统那样存在规则的眼图 时域信号的峰值可能很大，信号峰均比（Peak to Average Power Ratio, PAPR）的值很大 峰均比大的信号对发端功率放大器的要求很高,28,信号呈高斯分布，PAPR很大,发端OFDM信号pdf分布实例,29,发端放大器的输入输出曲线例,Normal amplifier response,Input,Output,Linear range,非线性区间，输出信号产生削顶现象,30,削顶后

6、的OFDM时域信号分布,31,其他特性,滤波器对系统特性的影响,32,Signal Constellation with different lowpass filters,R=0.5; % roll-factor delay=3; % number of side lobes,33,Signal Constellation with different lowpass filters,R=0.2; % roll-factor delay=3; % number of side lobes,34,Signal Constellation with different lowpass filte

7、rs,R=0.2; % roll-factor delay=5; % number of side lobes,35,OFDM时域信号特性总结,呈高斯分布 发端信号可能被削顶 收端A/D变换其的最大区间要选择的合适 接收端需要采取同步策略，以确定OFDM时域信号的FFT起始时刻的位置,36,OFDM 关键技术,最大功率与平均功率的比值问题 同步问题 信道响应估计问题 载波频率误差问题 采样时钟偏差问题 后面逐一讲解,OFDM系统同步问题分析,发射机与接收机的载波频率偏差； 发射机与接收机采样的频率偏差； 发射机与接收机定时偏差,OFDMA物理意义,OFDM _Orthogonal Frequency Division Multiplexing； 正交频分复用技术。 OFDMA_Orthogonal Frequency Division Multiple 正交频分多址； OFDMA是OFDM技术的演进； 对OFDM子载波信道进行子信道化； 部分子载波上加载传输数据的传输技术,Access,OFDMA 与OFDM,OFDM仅在时域分配用户,OFDMA在频域和时域分配用户,Time domain,User 3,User 2,User 1,Time domain,Frequency domain,Frequency domain,OFDMA = OFDM + FDMA,OFDMA