无线专业培训-第二阶段-04-OFDM原理.ppt

通 信 工 程 基 础 理 论 培 训 OFDM 原 理 设计业务部 实信号频谱表达式如下： 可以看出，信号在每一个的频率点w0的频谱密度可以分解为cosw0t和sinw0t 这一对正交的旋转向量，他们的初始位置（t=0）分别位于实轴（x轴）和虚轴（y轴） 上，他们的旋转角速率均为w0。 这提示了我们，采用一对正交的载波coswct和sinwct对这一对正交的向量分别 进行调制，从而实现正交调制。 正交调制和解调系统框图： 调制过程：基带信号—复平面映射—两路载波分别调制—两路合并—发送 解调过程：接收—两路载波相干解调—分别滤波—复平面逆映射—基带信号 通常我们使用星座图来表示IQ调制的码元状态，下图是QPSK调制的星座图。由 图上可以看出，我们把每2个基带符号映射为一个调制码元，即星座图上的一个点， 对应X轴和Y轴上的取值就是IQ两路载波的系数： 同理，8PSK调制我们将每3个 基带符号映射为星座图上的一个点； 16QAM将每4个基带符号映射为一 个点。 前面我们已经看到了，IQ调制用的载波一个是余弦波，另一个是正弦波。为什么说 余弦波和正弦波是正交的呢？这是因为正弦波和余弦波满足如下两个条件： ?1）正弦波和余弦波的乘积在一个周期内的积分等于0 2）正弦波、余弦波与自身的乘积在一个周期内积分大于0 不只是正弦函数和余弦函数之间具有正交性，如下三角函数之间也具备这种正交性 1、余弦函数族的正交性 以cos2w0t为例，cos2w0t×cos2w0t的波形如下：在基波周期内积分就是求黄色 面积，显然大于零。 以cos2w0t×cos3w0t的波形为例：在基波周期内积分就是求黄色面积，显然为零。 2、正弦函数族的正交性 3、正弦函数族和余弦函数族的正交性 以cos3w0t×sin2w0t的波形为例：在基波周期内积分就是求黄色面积，显然为零。 利用前述三角函数族的正交性，OFDM正交频分复用框图如下 调制后的信号到了接收端才能被正确解调 前面的OFDM系统框图只画出了基带部分s（t），没有画出调制在射频载波上 的部分。 因此，严格意义上OFDM是一种基带调制，他将基带信号的频谱搬移到子载波 所在的位置而非射频载波所在位置。 前面提到OFDM是一种基带调制，基带符号被分别调制到各子载波所在位置。若基 带矩形脉冲带宽为1/t0（t0为脉冲持续时间），则经OFDM调制后的单个子载波带宽为 2/t0。 而OFDM的最小子载波间隔为1/t0（证明略），所以相邻子载波频谱看似互相重 叠。但由于前述三角函数的正交性，这些子载波在一个码元持续时间内是正交的，所以 接收端可以利用该性质将各子载波分离！ 注：图中 f0=1/T0 OFDM作为4G网络的关键技术之一，与其之前的技术相比具有以下几点明显的优 势： 1）更高的频谱利用率 传统FDMA各载波之间需要留有保护间隔，避免本载波的频谱落入相邻载波带宽内 造成干扰，频谱利用率低； OFDM各子载波不仅不需要有保护间隔，甚至利用子载波的正交特性可以相互重叠 ，极大地提升了频谱利用率。 2）更灵活的调制方式选择 传统FDMA或CDMA系统，在一个较宽的单载波上（GSM:200KHz、CDMA： 1.25MHz）只能采用一种调制方式（GSM:GMSK、CDMA:QPSK），与无线信道 的特性不相适配。 OFDM的单个子载波带宽窄（LTE：15KHz），不同子载波可根据其所在频段 的特性灵活选择不同的调制方式，不影响子载波间的正交性，从而进一步提升对信 道的利用率。 3）有效改善多径造成的码间串扰 由上图可知，在相同多径时延情况下，基带符号周期越长，多径干扰影响越小 由前述OFDM系统框图可知，OFDM将1路串行符号映射为2n路并行符号（n个子载 波，每个子载波有2路载波正交调制），大大扩展了符号周期。 上图以4 路子载波为例，实际TD-LTE 系统20MHz 带宽包含1200 个子载波。