正交频分复用(OFDM)原理及其实现

正交频分复用（OFDM）原理及其实现 OFDM 基本原理 OFDM 是一种无线环境下的高速传输技术，该技术的基本原理是将高速串行数据变换成多路相对低速的并行数据并对不同的载波进行调制。这种并行传输体制大大扩展了符号的脉冲宽度，提高了抗多径衰落的性能。传统的频分复用方法中各个子载波的频谱是互不重叠的，需要使用大量的发送滤波器和接受滤波器，这样就大大增加了系统的复杂度和成本。同时，为了减小各个子载波间的相互串扰，各子载波间必须保持足够的频率间隔，这样会降低系统的频率利用率。而现代 OFDM 系统采用数字信号处理技术，各子载波的产生和接收都由数字信号处理算法完成，极大地简化了系统的结构。同时为了提高频谱利用率，使各子载波上的频谱相互重叠（如图一所示），但这些频谱在整个符号周期内满足正交性，从而保证接收端能够不失真地复原信号。 当传输信道中出现多径传播时，接收子载波间的正交性就会被破坏，使得每个子载波上的前后传输符号间以及各个子载波间发生相互干扰。为解决这个问题，在每个 OFDM 传输信号前面插入一个保护间隔，它是由 OFDM信号进行周期扩展得到的。只要多径时延不超过保护间隔，子载波间的正交性就不会被破坏。 图 1 正交频分复用信号的频谱示意图 3.OFDM 系统的实现 由上面的原理分析可知，若要实现OFDM，需要利用一组正交的信号作为子载波。我们再以码元周期为 T 的不归零方波作为基带码型，经调制器调 制后送入信道传输。 OFDM 调制器如图 2 所示。要发送的串行二进制数据经过数据编码器形成了 M 个复数序列，此复数序列经过串并变换器变换后得到码元周期为 T 的M 路并行码，码型选用不归零方波。用这 M 路并行码调制M 个子载波来实现频分复用。 图 2 OFDM 调制器 在接收端也是由这样一组正交信号在一个码元周期内分别与发送信号进行相关运算实现解调，恢复出原始信号。OFDM 解调器如图 3 所示。 然而上述方法所需设备非常复杂，当 M 很大时，需要大量的正弦波发生器，滤波器，调制器和解调器等设备，因此系统非常昂贵。为了降低 OFDM 系统的复杂度和成本，我们考虑用离散傅立叶变换（DFT）和反变换（IDFT）来实现上述功能。如果在发送端对 D(m )做 IDFT，把结果经信道发送到接收端，然后对接收到的信号再做 DFT，取其实部，则可以不失真地恢复出原始信号 D(m )。这样就可以利用离散傅立叶变换来实现 OFDM 信号的调制和解调。实现框图如图 4 ...