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1、正交频分复用技术及其应用
2、第1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
3、，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
4、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
5、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=0,1,2,…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
6、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{Xm,l}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，Xm,l(m=0,1,…，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Xm,l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
7、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{1,cosΩt,cos2Ωt,…，cosmΩt,…，sinΩt,sin2Ωt，sinmΩt,…}。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[0,T]内分别与发送信号进行相关运算实现解调，则中
8、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=2πfm，fm=f0+mΔf，Δf=1/T为各副载波间的频率间隔；f0为1/T的整倍数。在接收端，对d(t)用频率为fm的正弦或余弦信号在[0,T]内进行相关运算即可得到A（m）、B(m)，然后经并串变抵达和数据解码
9、后复原与发送端相同的数据序列。这种早期的实现方法所需设备非常复杂，
