正交频分复用技术及其应用.docx

正交频分复用技术及其应用摘要：简述了正交频分复用技术的发展及特点论述了其原理及实现方法构建了OFDM系统的实现框图并进行了计算机仿真。最后介绍了几种典型应用。关键词：正交频分复用（OFDM）多载波调制随着通信需求的不断增长宽带化已成为当今通信技术领域的主要发展方向之一而网络的迅速增长使人们对无线通信提出了更高的要求。为有效解决无线信道中多径衰落和加性噪声等问题同时降低系统成本人们采用了正交频分复用（OFDM）技术。OFDM是一种多载波并行传输系统通过延长传输符号的周期增强其抵抗回波的能力。与传统的均衡器比较它最大的特点在于结构简单可大大降低成本且在实际应用中非常灵活对高速数字通信量一种非常有潜力的技术。1正交频分复用（OFDM）技术的发展OFDM的概念于20世纪50～60年代提出1970年OFDM的专利被发表[1]其基本思想通过采用允许子信道频谱重叠但相互间又不影响的频分复用（FDM）方法来并行传送数据。OFDM早期的应用有AN/GSC_10（KATHRYN）高频可变速率数传调制解调器等[1]。在早期的OFDM系统中发信机和相关接收机所需的副载波阵列是由正弦信号发生器产生的系统复杂且昂贵。1971年Weinstein和Ebert提出了使用离散傅立叶变换实现OFDM系统中的全部调制和解调功能[3]的建议简化了振荡器阵列以及相关接收机中本地载波之间严格同步的问题为实现OFDM的全数字化方案作了理论上的准备。80年代以后OFDM的调制技术再一次成为研究热点。例如在有线信道的研究中Hirosaki于1981年用DFT完成的OFDM调制技术试验成功了16QAM多路并行传送19.2kbit/s的电话线MODEM[4]。1984年Cimini提出了一种适于无线信道传送数据的OFDM方案[5]。其特点是调制波的码型是方波并在码元间插入了保护间隙该方案可以避免多径传播引起的码间串扰。进入90年代以后OFDM的应用又涉及到了利用移动调频（FM）和单边带（SSB）信道进行高速数据通信、陆地移动通信、高速数字用户环路（HDSL）、非对称数字用户环路（ADSL）、超高速数字用户环路（VHDSL）、数字声广播（DAB）及高清晰度数字电视（HDTV）和陆地广播等各种通信系统。2OFDM的原理OFDM技术是一种多载波调制技术其特点是各副载波相互正交。设{fm}是一组载波频率各载波频率的关系为：{fm}=f0+m/Tm=012…N-1（1）式中T是单元码的持续时间f0是发送频率。作为载波的单元信号组定义为[16]:式中l的物理意义对应于“帧”（即在第l时刻有m路并行码同时发送）。其频谱相互交叠如图1所示。从图1可以看出OFDM是由一系列在频率上等间隔的副载波构成每个副载波数字符号调制各载波上的信号功率形式都是相同的都为sinf/f型它对应于时域的方波。Φm(t)满足正交条件以及其中符号“*”表示共轭。当以一组取自有限集的复数{Xml}表示的数字信号对φm调制时则：此S（t）即为OFDM信号其中Sl（t）表示第l帧OFDM信号Xml(m=01…N-1)为一簇信号点分别在第l帧OFDM的第m个副载波上传输。在接收端可通过下式解调出Xml这就是OFDM的基本原理。当传输信道中出现多径传播时在接收副载波间的正交性将被破坏使得每个副载波上的前后传输符号间以及各副载波之间发生相互干扰。为解决这个问题就在每个OFDM传输信号前插入一保护间隔它是由OFDM信号进行周期扩展而来。只要多径时延不超过保护间隔副载波间的正交性就不会被破坏。3OFDM系统的实现由上面的分析知为了实现OFDM需要利用一组正交的信号作为副载波。典型的正交信号是{1cosΩtcos2Ωt…cosmΩt…sinΩtsin2ΩtsinmΩt…}。如果用这样一组正交信号作为副载波以码元周期为T的不归零方波作为基带码型调制后经无线信道发送出去。在接收端也是由这样一组正交信号在[0T]内分别与发送信号进行相关运算实现解调则中以恢复出原始信号。OFDM调制解调基本原理见图2、图3所示。在调制端要发送的串行二进制数据经过数据编码器（如16QAM）形成了M个复数序列这里D（m）=A（m）-jB(m)。此复数序列经串并变换器变换后得到码元周期为T的M路并行码（一帧）码型选用不归零方波。用这M路并行码调制M个副载波来实现频分复用。所得到的波形可由下式表示：式中：ωm=2πfmfm=f0+mΔfΔf=1/T为各