通达学院毕业设计论文（焦乐乐）

南京邮电大学通达学院2012届本科生毕业设计（论文）

现。B3G/4G的目标则更大，主要是实现在室内和静止环境下支持高达1Gb/S的下行数据传输速率，即使是在高速移动环境下也能支持高达100Mb/S的下行数据传输速率，而OFDM技术在其中也是重要的。

1.2 OFDM的优缺点

虽然OFDM已经得到广泛的应用，但是在使用中我们也要清楚的认识到它的优缺点，下面简要的从这两方面介绍下OFDM。

OFDM技术的优点主要有：

(1) OFDM调制方式适用于多径和衰落信道中的高速数据传输。当信道因为多径的影响出现频率选择性衰落时，只有落在频率凹陷处的载波及其携带的信息受到影响，其它子载波未受损害；。

(2) 在OFDM调制方式中，通过插入保护间隔，可以很好地克服符号间干扰(ISI)和载波间干扰(ICI)

(3) 由于OFDM各子载波相互正交，允许各子载波有1/2重叠，因此可以大大提高频谱利用率：

(4) 由于深度衰落而丢失的一些子载波可通过编码、交织等措施来很好的恢复，提高系统抗误码性能，且通过各子载波的联合编码，具有很强的抗衰落能力；

(5) OFDM技术抗脉冲及窄带干扰的能力很强，因为这些干扰仅仅影响到很小一部分的子信道；

(6) 与单载波系统相比，对采样定时偏移不敏感。 OFDM技术的缺点主要有：

(1) 由于要求各子载波正交，所以对频率偏移和相位噪声很敏感； (2) 由于各子载波相互独立，峰值功率与均值功率比相对较大，且随子载波数目的增加而增加。高峰均比信号通过功放时，为了避免信号的非线性失真和带外频谱再生，功放需要具有较大的线性范围，导致射频放大器的功率效率降低。

国外对OFDM技术的研究已有近50年的历史。最初无线OFDM传输系统是用在军用无线高频通信链路中，随着数字信号处理(DSP)超大规模集成电路(VLSI)技术的发展，OFDM技术获得了长足的进步并广泛应用于社会生活的各个方面。其应用主要有：

(1) 广泛应用于音频和视频传输中，如欧洲数字音频广播18J(DAB)、数字视频广播(DVB)以及日本的综合业务数字广播(ISDB)等；

(2) 非对称数字用户链路(ADSL)；

(3) 无线局域网标准IEEE802.1la、欧洲电信标准协会(ETSI)推出的局域网标准Hyperlan2等；

(4) 无线城域网标准IEEE802.16a； (5) 已具雏形的4G蜂窝系统；

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第二章 OFDM基带系统的原理

2.1单载波与多载波通信系统 2.1.1 单载波传输系统

通常我们采用的通信系统是单载波方案。单载波系统基本结构如图2.1所示，其中g(t)是匹配滤波器。这种系统在数据传输速率不太高的情况下，多径效应对信号符号之间造成的干扰不是特别严重，可以通过使用合适的均衡算法使得系统能够正常的工作。但是对于宽带业务来说，由于数据传输的速率较高，时延扩展造成数据符号之间的相互交叠，从而产生了符号之间的串扰(ISI)，这对均衡提出了更高的要求，需要引入复杂的均衡算法，还要考虑到算法的可实现性和收敛速度。从另一个角度去看，当信号的带宽超过和接近信道的相干带宽时，信道的时间弥散将会造成频率选择性衰落，使得同一个信号中不同的频率成分体现出不同的衰落特性，这是我们不希望看到的。

ejwte-jwtg, (-t)g(t)

图2.1 单载波系统基本结构

2.1.2 多载波传输系统

在OFDM系统中采用多载波传输系统，多载波传输系统式OFDM 系统很重要的基础知识，采用多载波，克服了以往单载波的许多缺点，对系统性能的提高起到了很大的作用。

多载波传输通过把数据流分解为若干个子比特流，这样每个子数据流将具有低得多的比特速率，用这样的低比特率形成的低速率多状态符号再去调制相应的子载波，从而构成多个低速率符号并行发送的传输系统。

在单载波系统中，一次衰落或者干扰就可以导致整个链路失效，但是在多载波系统中，某一时刻只会有少部分的子信道会受到深衰落的影响。图2.2中给出多载波系统的基本结构示意图。

多载波传输技术有多种提法，如正交频分复用(OFDM)、离散多音调制(DMT)

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和多载波调制(MCM)，这三种提法在一般情况下等同，只是在OFDM中各子载波保持相互正交，而在MCM这一条件并不总成立。

2.1.3 单载波传输系统与多载波传输系统比较

对单载波传输系统，数据是以串行数据流的形式被连续传输，每个数据符号占用整个可利用的频带宽度。多载波系统，通过串并变换把串行数据流分解为若干个并行的子比特流，这样每个子数据流将具有低得多的比特速率，用这样的低比特率形成的低速率多状态符号再去调制相应的子载波，达到构成多个低速率符号并行发送，使得每个子载波的数据符号持续长度相对增加，从而有效地减少由于无线信道的时间弥散所带来的ISI。另外，在单载波系统中，一次衰落或者影响一部分子载波，配合信道编码纠错，多载波传输系统可以在某种程度上抵抗窄带干扰。在表2.1中，对多载波相对于单载波的优势做了一个总结，其中T是多载波一个符号的持续时间，N为子载波的个数。

g(t) g(t) g(t) ej?0t e?j?0t g’(-t) ej?1t + 信道

e?j?1t g’(-t) … ……… ej?N?1t e?j?N?1t g’(-t)

图2.2 多载波通信系统

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表2.1 单载波与多载波传输方式的比较

比较项目 单个数据符号时间 数据符号发送速率 占用频带带宽 抗ISI能力 抗窄带干扰能力 实现复杂度

单载波 T/N N/T 2*N/T 较弱 较弱 简单 多载波 T 1/T 2*N/T(未计算间隔) 较强 较强（需信道编码支持） 复杂 对传统的频分复用（FDM）系统而言，传播的信号需要在两个信道之间存在较大的频率间隔即保护带宽来防止干扰，这降低了全部的频谱利用率；然而应用OFDM的子载波正交复用技术大大减少了保护带宽，提高了频谱利用率。如图2.3。

频率传统的频分复用（FDM）多载波调制技术频率正交频分复用（OFDM）多载波调制技术

图2.3 FDM与OFDM带宽利用率的比较

2.2 OFDM的基本原理 2.2.1 OFDM的产生和发展

OFDM的思想早在60年代就已经提出，由于使用模拟滤波器实现起来的系

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