OFDM原理及优缺点

OFDM是一种多载波调制方案，它的基本原理是将传输信道分解为若干个正交的子信道，将需要传输的高速数据信号转换为并行的低速数据流，并调制到每个正交信道的子载波上进行传输，叠加传输的若干正交信号在接收端通过一定方式进行解调分离。

1 OFDM原理为了使N路子信道信号在接收时能够完全分离，需要满足在每个码元持续时间内，任意两个载波相互正交。三角函数系{}满足任意两个不同函数之间相互正交（在内两个不同函数乘积积分为0），利用这一性质，可以得到彼此相互正交的载波。

从时域上来看，发送端信号在空间中的叠加可以写作：

写作复数形式：

从复数形式上可以看出，当对时间t进行离散化，OFDM其实就是对各路子载波上的传输信号（）进行了求傅里叶反变换的操作，OFDM在进行调制时也是利用IFFT模块实现的。

OFDM时域示意图

从频域上来看OFDM。调制时，时域上是一个正弦载波和一个码元波形（门函数）的乘积，频域上体现的是对门函数频谱的搬移（门函数的频谱为sinc函数），OFDM为了保证载波的正交性，最小子载频间隔。

各子信道频谱

图示频谱为理想状态，即码元波形为边缘垂直的门函数，假设有N路子信道，每路子载波采用M进制调制，则OFDM的带宽：

信息传输速率：

故频带利用率：

分析单载波，为了得到相同的码元传输速率，所以每个码元的持续时间变为，带宽变为：

故频带利用率：

当N较大时，OFDM与单载波相比，频带利用率大约变为两倍。

2 OFDM实现方法从时域上来看，OFDM是在发射端发送N路子载波，这些信号在空间中叠加，在接收端接收到叠加的信号，将叠加信号分别对各个子载波做相干解调，就可以得到各路子载波信号，实现起来较为复杂。各路子载波的叠加公式的物理意义可以看作对不同载波上的信号做傅里叶反变换

对f（t）用频率进行采样：

归一化后即为DFT运算：

因此OFDM可以利用IFFT实现，发射端的IFFT模块对各个载波叠加后的波形进行了计算，从而无需发送大量载波；而接收端的FFT模块可以直接计算得到各路信号，而无需对每一个载波进行相干解调。

OFDM调制解调原理图3 OFDM优缺点优点调制效率高

可以克服多径效应和码间串扰的问题，抗干扰能力强

缺点OFDM对子载波正交性要求十分严格，对可能影响子载波之间的正交性的相位噪声和频率偏移十分敏感，从而引起子载波间干扰（ICI）

OFDM信号在时域中由多个子载波信号叠加组成，同相叠加在幅度上可能会产生很大的瞬时峰值幅度，可能对白光LED光源及其照明质量产生不利影响

数据处理相对复杂，目前大多研究人员围绕离线处理开展相关算法和提高峰值速率的研究，不能实时连续地处理和传输数据。

原文标题：正交频分复用OFDM

文章出处：【微信公众号：FPGA之家】欢迎添加关注！文章转载请注明出处。