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OFDM正交性理解.doc

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OFDM 正交性理解: OFDM 技术的本质是将宽带的划分为正交的窄带信号,就是如何产生正交的子载波,产生 是用 IFFT,IFFT 处理其实是完成多载波调制的一个过程,只是从数学角度讲,相当于对其 进行了一次 IFFT 运算,经其调制后,每个子载波在一个 OFDM 符号周期内都包含整数倍个 周期,而且各个相邻子载波之间相差一个周期,其信号频谱实际上是满足乃奎斯特准则的, 时域相互正交,频率域相互重叠,即多个子载波之间不存在互相干扰。 这里清楚的说明了为什么 IFFT 可以完成正交,因为“每个子载波在一个 OFDM 符号周期内 都包含整数倍个周期”,要了解 IFFT,就要了解 FFT,DFT 实际上来自 DFS,傅里叶级数是 一个完备的正交基。 但也有人说,OFDM 的正交性与 DFT IDFT 并没有必然联系,将 DFT/IDFT 引入 OFDM 是 在 1971 由 Weinstein & Ebert 提出的,在此之前 OFDM 的正交性特性已经为人所知了,但只 是停留在理论,难以实现。其实 OFDM 的正交性是其子载波间的频率间隔决定的,IDFT/DFT 只是实现其调制解调的一个手段。 此外,其实所说的 OFDM 最重要的特性就是正交性并不全面, 首先,OFDM 作为一种多载 波调制技术,其本质也是把高速的信息流转化为多路低速的信息流并行传输,这是多载波调 制的共性,因此 OFDM 也就具备有效克服 ISI 和频率选择性衰落的特性。这里体现 OFDM 技术的可靠性。同时,为将各路信息流分开,需要将其调制到不同的子载波上,OFDM 采 用了正交的子载波,这样即使各子信道频谱有一定交叠也不影响各子载波的解调,从而很大 程度上减小了带宽,提高了频谱利用率。这体现了 OFDM 技术的有效性。这一点是 OFDM 不同于一般多载波调制的个性,同时也是正交频分复用这个名字的由来 OFDM 技术的基本原理 OFDM 技术的基本原理是把调制在单载波上的高速串行数据流,分成多路低速的数据流, 调制到多个正交子载波上并行传输。设 OFDM 信号发射周期为[0,T],子载波数为 N,在 一个周期内传输的 N 个符号为(d0,d1,…,dN-1),dn=a(n)+jb(n)。令 fk=f0+kΔf(k= 0,1,…,N-1),Δf 为子载波之间的频率间隔,第 k 个信号 dk 调制 第 k 个载波 fk。各子 载波间满足正交性就是使下式成立: 可以证明,只要适当地选择载波之间的频率间隔Δf, 使Δf=1/T,即可使各子载波在整个 OFDM 信号的符号周期内满足正交性。当 OFDM 符号 由矩形时间脉冲组成时,每个调制载波的频谱为 sin x/x 形状,其峰值相应于所有其他载波 的频谱中的零点。 OFDM 是基于频域的调制解调,其采用 IFFT/FFT 实现,条件就是各子载波间的间隔为抽样 频率的 N 分之一,也即 OFDM 符号周期的倒数(1/T),并且每个子载波的带宽是 2/T,这 样子载波就实现了正交,提高带宽利用率。 正交的定义如下:设有函数 f1(t)和 f2(t),则在整个区间对 f1(t)*f2(t)的积的积分的值=0 的情 况下,认为函数 f1(t)和 f2(t)正交。从物理意义上,当然可以理解为二者没有相交,但是很多 情况下很难在物理意义上进行理解,所以只要满足上述数学条件就是正交的。至于在频率域 或者时间域则没有限制。 当传输信道中出现多径传播是,接收子载波见的正交性就会被破坏,使得每个子载波上的前 后传输符号间以及各个子载波见发生相互干扰。为解决这个问题,在每个 OFDM 出生呢信 号前面查收一个保护间隔,它是有 OFDM 信号进行周期扩展得到的。只要多径时延不超过 保护间隔,子载波的正交性就不会被破坏。 OFDM 正变换是借助 IFFT 来实现的。之所以这样是由于 OFDM 符号的时域表示式和 IFFT 运算的表达式是一致的。在 IFFT 的表示式中,有旋转因子,就是 N 个不同频率的 E 指数,
这些 E 指数就是 OFDM 信号的 N 个子载波。你可以验证,借助数学方法,用两个频率的 E 指数验证一下,他们的内积为零,也就是说这些子载波两两之间皆正交。这样就有了二楼描 述的结果。OFDM 子载波的正交性表现在两个方面,在时域,表现在一个 OFDM 符号时间 内,各个子载波都应该是整数周期的,另一个方面表现在频域,在频域,在某个子载波的频 率上,其他的子载波的频谱均为零,因此,可以实现各路信号频谱即使重叠也互不干 扰 OFDM 符号周期就是信号带宽的倒数乘以载波个数
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