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OFDM的基本原理

OFDM的基本原理

  OFDM是一种特殊的多载波传送方案,单个用户的信息流被串/并变换为多个低速率码流(100 Hz ~ 50 kHz),每个码流都用一条载波发送。OFDM弃用传统的用带通滤波器来分隔子载波频谱的方式,改用跳频方式选用那些即便频谱混叠也能够保持正交的波形,因此我们说,OFDM既可以当作调制技术,也可以当作复用技术。OFDM增强了抗频率选择性衰落和抗窄带干扰的能力。在单载波系统中,单个衰落或者干扰可能导致整条链路不可用,但在多载波系统中,只会有一小部分载波受影响。纠错码的应用可以帮助其恢复一些易错载波上的信息。像这样用并行数据传送和频分复用的思路早在20世纪60年代的中期就被提出来了。


在传统的并行通信系统中,整个系统频带被划分为N个互不混叠的子信道,每个子信道被一个独立的信源符号调制,即N个子信道被频分复用。这种做法,虽然可以避免不同信道互相干扰但却以牺牲频带利用率为代价,这在频带资源如此紧张的今天尤其不能忍受。上个世纪中期,人们又提出了频带混叠的子信道方案,信息速率为a,并且每个信道之间距离也为a Hz,这样可以避免使用高速均衡和抗突发噪声差错,同时可以充分利用信道带宽,节省了50%。为了减少各个子信道间的干扰,我们希望各个载波间正交。这种“正交”表示的是载波的频率间精确的数学关系。如前所述,传统的频分复用的载波频率之间有一定的保护间隔,通过滤波器接收所需信息。在这样的接收机下,保护频带分隔不同载波频率,这样就使频谱的利用率低。


  OFDM不存在这个缺点,它允许各载波间频率互相混叠,采用了基于载波频率正交的FFT调制,由于各个载波的中心频点处没有其他载波的频谱分量,所以能够实现各个载波的正交。尽管还是频分复用,但已与过去的FDMA有了很大的不同:不再是通过很多带通滤波器来实现,而是直接在基带处理,这也是OFDM有别于其他系统的优点之一。OFDM的接收机实际上是一组解调器,它将不同载波搬移至零频,然后在一个码元周期内积分,其他载波由于与所积分的信号正交,因此不会对这个积分结果产生影响。OFDM的高数据速率与子载波的数量有关,增加子载波数目就能提高数据的传送速率。OFDM每个频带的调制方法可以不同,这增加了系统的灵活性,大多数通信系统都能提供两种以上的业务来支持多个用户,OFDM适用于多用户的高灵活度、高利用率的通信系统。

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