正交频分复用技术OFDM-中国城市电视台技术协会.DOC

对正交频分复用技术OFDM的研究 昆明广播电视台 播出部 顾俊 【摘 要】 OFDM是宽带传输的核心技术之一，本文对OFDM的原理、调制方法及其应用作些研究探讨。 【关键词】 OFDM 正交 傅里叶变换 调制 数字广播电视 宽带通信 一．基本思想 正交频分复用OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplex)是一种多载波调制方式，通过减小和消除码间串扰的影响来克服信道的频率选择性衰落，它将信号分割为N个子信号，然后用N个子信号分别调制N个相互正交的子载波，由于子载波的频谱相互重叠，因而可以得到较高的频谱效率。 二．正交的概念 有关联的两个或更多事物中的一个发生变化，不会影响其他事物，这些事物就是正交的。在数学上正交是垂直的一种抽象化和一般化。正交就是除了在交点发生关系之外，其它就不发生关系了。在三维向量空间中，两个向量的内积如果是零，那么就说这两个向量是正交的，这也就意味着这两个向量之间没有相关性。sin和cos两路频率相同，相位相差90度的载波，就属正交信号，两路信号分别调制后一起发射又互不影响，频谱利用率翻倍。在OFDM中相邻信道间信号的频谱的主瓣相互重叠，只要保证各子载频正交性，就可以在接收端恢复出原来的信号。 OFDM调制技术 在OFDM调制技术中，傅里叶变换是一个重要概念。数学家傅里叶发现，任何周期函数都可以用正弦函数和余弦函数构成的级数来逼近。 在离散系统中经过变换后，有如下公式： 离散傅立叶变换DFT等式： 离散傅立叶反变换IDFT等式： 有了这两个公式，就可以对信号进行合成、分解。 OFDM以离散傅立叶反变换/离散傅立叶变换（IDFT/DFT）为基础来实现多载波调制和解调。 (a) 用离散傅立叶反变换实现OFDM的调制 (b) 用离散傅立叶变换实现OFDM的解调 大量的信息可以加载合成为一个波形，实现高效率的信息传递。子载波可选择BPSK、QPSK、16QAM、32QAM、64QAM等调制方式。 QPSK、16-QAM、64-QAM的信号星座图 BPSK、QPSK抗干扰能力强，相应传输数据量低；32QAM、64QAM传输效率较高，但抗干扰能力弱，使用中根据传输环境及需求来选择。 四．OFDM技术优势 　　1.频谱效率高 　　OFDM系统各子信道间不但没有保护频带，而且相邻信道间信号的频谱的主瓣还相互重叠，频谱使用效率极高，并且根据信道状况子载波能够选择不同的调制方式，以获得最佳的系统性能。 　 2.抗多径衰落 　　串行数据经过串并变换，在多路上低速并行传输，每一路上信号速度降低了，符号间隔变大了，可大大提高抗多径衰落能力。由于OFDM将宽带传输转化为很多子载波上的窄带传输，每个子载波上的信道可以看作水平衰落信道，从而大大降低了接收机均衡器的复杂度。相反，单载波信号的多径均衡的复杂度随着带宽的增大而急剧增加。 　　3.带宽扩展性强 OFDM系统具有很好的带宽扩展性。小到几百KHz，大到几百MHz，都比较容易实现。尤其是随着移动通信宽带化，OFDM系统对大带宽的有效支持成为其相对于单载波技术（如CDMA）的巨大优势。CDMA是3G通信核心技术，如移动TD-SCDMA、联通WCDMA、电信CDMA2000，而OFDM将是新一代无线通信核心技术。 五．应用情况 1.OFDM应用于无线数字广播电视、手机电视的传输系统 在数字广播电视领域，OFDM使用极其广泛，其中DMB-TH和近几年发展迅速的CMMB手机电视都采用OFDM技术。 下表是DMB-TH与手机电视CMMB对比： DMB-TH CMMB 带宽 8MHZ和2MHZ 8MHZ和2MHZ 星座映射方式 QPSK、16QAM、64QAM BPSK、QPSK、16QAM 调制技术 TDS-OFDM OFDM 信道编码 BCH+ LDPC RS+LDPC 8M带宽传输速率 2.406～32.486 Mbps 2.046～15.165 Mbps （注：DMB-TH----Terrestrial Digital Multimedia TV/Handle Broadcasting地面数字多媒体电视广播 CMMB----China Mobile Multimedia Broadcasting中国移动多媒体广播） 从表中可以看出CMMB和DMB-TH所采用的传输技术有一定的相似度。CMMB信号目前覆盖全国绝大部分城市，建成的移动多媒体广播电视网络，信号覆盖人口达5～8亿，提供手机、GPS导航设备、平板电脑、上网本等多种接收终端。在三网融合中，CMMB还将能够创造新的价值，新的业态。由于其良好的性能，已走出国门，有望成为国际标