正交频分复用OFDM是什么意思?
正交频分复用 (Orthogonal Frequency Division Multiplexing-OFDM) 是宽带数字通信的常用调制方案。它使用许多间隔很近的正交子载波信号并行传输数据,其中每个子载波信号都采用各自的调制方案。 OFDM 提供频谱效率、抗多径干扰性和零载波间干扰等优势。很多最新的无线和电信标准都采用了这种策略,例如数字广播、xDSL、无线网络和5G新空口(NR) 技术。
正交频分复用 (OFDM) 把数据分割到所有载波上,并通过 10s、100s、1,000s 近载波来传输信息。由此,符码时间将会缩减同等比例。载波间隔是符码率的倒数,因而各个载波之间不会彼此干扰 (例如,载波呈现正交)。OFDM 信号中的其它分量可用于缓和信号信道估测和接收机同步,同时添加循环冗余以消除先前符码引起的干扰。凭借上述优势,OFDM技术成为大多数现代无线和有线通信系统的理想调制技术。
OFDM调制解调原理
OFDM调制解调的核心原理是将高速数据流分解为多个正交子载波上的低速并行信号,利用 IFFT实现调制、FFT实现解调,通过正交子载波提升频谱利用率并减少干扰。
图2 OFDM调制解调原理图
从时域上来看,OFDM实在发射端发送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Bii做傅里叶反变换
因次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。
请参考图3 频域和时域中的 OFDM。在OFDM 中,频率子频谱是sinc 形状。为了提高频谱效率,子频谱会重叠,但由于它们存在正交性(以π/2 的倍数位移),因此它们彼此间不会形成干扰。
在时域中,符号是在固定的时间窗口中具有等距载频fn 的正弦曲线的总和。在本例中,单个信道的4 个频率上有4 个子载波。在进行反向快速傅立叶变换(IFFT) 之后,橘色迹线相移了π。
图3 频域和时域中的 OFDM
OFDM的优点
OFDM具有调制效率高和可以克服多径效应和码间串扰的问题,抗干扰能力强的优点。
OFDM有什么缺点?
OFDM 有两个明显缺点: 一个是插入循环前缀降低了频谱效率,另一个是存在极大的带外发射。相比之下,滤波器组多载波 (FBMC) 的优势在于能够高效利用所分配的频谱,以及能够为频谱感知应用生成或占用频谱 "空洞"。
图4显示了 OFDM (橙色轨迹) 和 FBMC (蓝色、绿色和黑色) 频谱的仿真结果。
我们可以使用 SystemVue软件及其5G基带探测程序库可以证明这一点。图4显示了 OFDM (橙色轨迹) 和 FBMC (蓝色、绿色和黑色) 频谱的仿真结果。FBMC 频谱有从 2 (蓝色) 到 4 (黑色) 不同的重叠系数,与 OFDM (橙色) 相比,FBMC 在带外频谱功率方面有所改善。
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