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浅析OFDM系统

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浅析OFDM系统
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摘 要:随着无线通信的发展,许多业务需要越来越高的数据传输速率,采用传统的单载波通信系统将很难满足系统性能要求。OFDM技术凭借它可以有效地解决信道多径效应,并且有着较高的频谱利用率的优势,成为第四代移动通信系统不可或缺的一项技术,扮演着重要的角色。到目前为止,许多通信系统都积极地采用这项技术。本文简单分析研究了OFDM的基本原理,详细说明了OFDM系统的部分重要技术。

关键词:OFDM 正交频分复用 峰均比 部分传输序列

一、OFDM的理论分析研究

阀值正交频分复用技术OFDM是4G 系统的核心技术,是一种多载波调制。它的基本思想是: 在频域内,把指定的信道分成多个正交子信道,并行传输方式是子载波采取的方法。这样的话,信道特性总体来说,它是频率选择性的,非平坦的,但是针对每个子信道来说,它们都可以近似看成是相对平坦的,进行的是窄带传输,这样一来,可以消除符号间干扰(。另外,在基带产生的时域信号上,会采取加入一个循环前缀的办法,并且对该循环前缀的长度是有要求的,最好大于最大时,并且在接收端,会想办法将这个循环前缀去掉,达到进一步减少甚至消除码间干扰ISI 的目的。

大家都知道,在低速率传输和多径效应干扰不是很严重的环境下,单载波系统能够正常工作。但是对于对数据传输速率要求比较高的宽带业务来说就不一样了,多径时延会使信号之间产生干扰,继而产生符号之间的串扰(ISI),这样的话就要求系统有很好的均衡能力。多载波技术就这样顺势产生了多载波传输的思想是这样的:把比较大的数据流解析成几个小的比特流,通过这样的方式分担到每个子数据流上的比特速率低得多了,然后用刚才形成的低比特率,低速率,多状态的符号去调制子载波,最后构成了这样一个系统,里面的符号的传输速率都不高,传输方式是并行的。这个系统可以有效地抑制这些干扰。本文重点研究的OFDM 就属于这种类型的技术。

二、OFDM 技术的基本原理

1.子载波的实现

产生OFDM 信号的过程是这样的:首先将输入的数据符号进行串并转换,基带调制然采用的方式是,快速傅里叶逆变换(IFFT)方法,最后再进行并串转换,最终得到预期的OFDM 信号。一个OFDM 符号是由多个经过调制(例如采用16QAM、QPSK 等调制方式)的子载波组成的,在一个 OFDM 符号周期内,每个子载波的周期个数都是整数,即还有一个规律,相邻的子载波之间的周期差别,正好为一个周期T通过解调后,就可以恢复出预期想要得到的符号,但是对于其他子载波而言,如果频率差别(i-j)/T,积分结果为0。这样的话,OFDM 信号的子载波之间互不干扰,符合奈奎斯特准则的。 另外从频域角度来解释正交性。在那些非零子载波中,当一个子载波频谱值在某个位置达到最大值时,其他子载波在这个位置的频谱值则为零。有了刚才说的特性,就很容易从多个重叠的符号中找到想要的信号符号。OFDM 系统有一个显著的优点,就是可以通过离散傅里叶变换(DFT)来实现调制和解调,还能够使用简单的FFT/IFFT 模块来实现,使得系统复杂度没那么高。

2.OFDM的保护间隔

频率选择性信道会对脉冲响应产生影响,这个时候它不再是单一的脉冲,而是具有一定的时间扩散性,这样就导致OFDM符号间会产生干扰。在接收端,信道的多径扩展会破坏子信道之间的正交性,这样就产生符号间干扰和子载波间干扰。由此可见,必须想办法解决多径扩展。最为常见的办法是向OFDM信号中适当加入保护间隔,让符号间干扰产生的范围尽量限制在保护间隔内。在接收端再采用一些技术将保护间隔去掉,得到预期想要得到的信号,这样的话就可以全部或部分消除ISI(子载波间干扰)的影响。 循环前缀的是保护间隔的一种。循环前缀是这样形成的:将各个OFDM信号的后Tg拷贝到OFDM信号的前面,这个前缀就很简单地形成了。符号时间的长度因为这种循环复制增加了,导致信号功率与信息速率的损失,但是与它的巨大作用相比较,这个损失是可以接受的。 FFT 积分时间循环前缀。

3.OFDM的系统实现

下图是一个完整的OFDM系统流程,下面简单地描述一下发送端和接收端的基本情况:

发送端:首先产生一串随机数,采用某种调制方式对数据进行调制,然后多调制信号进行串并变换,接着对信号进行IFFT变换和并串变换形成OFDM数据符号,最后根据实际需要加上合适长度的循环前缀,最终产生了一个合适的OFDM符号,经过D/A转换后传送出去。

接收端:接收端的过程正好与前面的过程相反,首先经过数模转换,再采取一定的办法将CP 去掉,然后进行串并转换和FFT 变换,通过解调获得所有子载波上的比特信息,最后再进行并串转换,最终就获得了预期需要的与发送数据符号相对应的接收比特流信息。

将上面这些OFDM 的过程用流程图来表示:

产生随机数--->串并转换---->调制--->IFFT操作--->增加循环前缀长度--->并串转换--->增加信道噪声--->接收端串并转换--->去除信道噪声--->FFT操作--->解调--->误比特率计算

三、OFDM技术的优点和缺点

1.OFDM技术的优点

OFDM技术之所以这么备受关注,成为4G系统的关键技术,主要是因为它的一些独特优点:

1.3带宽扩展性强 大家都知道,子载波的数量决定了OFDM系统的信号带宽,这样OFDM系统的带宽具有很好的扩展性。其中带宽的实现范围是:几百KHz到几百MHz。

1.4 频域调度和自适应 OFDM分配子载波的方式有集中式和分布式两种方式,一般情况下,集中式方式适用于速度比较低的环境,相反分布式方式适用于高速度的移动环境。

1.5 比较简单地实现MIMO技术 可以有效避免天线之间的干扰是MIMO技术的关键所在,这样可以把多个并行传输的数据流分辨出来。

2.OFDM技术的缺点

OFDM凭借着上述所说的这么多优点让它当之不愧地成为4G中最具有竞争力的技术之一,但任何事物都有2面性,OFDM技术也不例外,它也存在很多缺点:

2.1峰均比(PAPR)比较高,OFDM系统的发送信号的形成,是通过并行传输的子载波上,将上面的信号进行相加而得到的。那么肯定会出现信号之间是同相的这种情况,这个时候经过叠加的信号的瞬时功率肯定远远大于信号的平均功率,这样就产生较大的峰均功率比。

2.2 对相位噪声和频偏比较敏感,发送端和接收端的调谐振荡器,它会造成相位噪声抖动和上下行转换器、频偏以及相位噪声,这样的话会破坏子载波间的正交性。当频偏为1%时,信噪比(SNR)大约下降30dB。

四、OFDM系统的核心技术

当然在实际应用中,OFDM系统性能的实现,是需要很多其它技术来辅助的。下面简单地就几个关键技术说明一下:

1.降低峰均比PAPR技术 当PAPR值比较高时,那么它对发送端的功放的线性度要求也会相应地苛刻,最后会导致OFDM系统的性能会随着下降。为了解决这一问题,很多研究者想了很多办法设法降低OFDM的PAPR,这也是本文讨论的重点。

2.同步技术 同步性能的好坏与OFDM系统性能的好坏有着密切的联系。这里的同步包括载波同步、符号同步和样值同步,其中每种同步的作用是不一样的,同步偏差会引起ISI和ICI,这样的话,OFDM系统对同步的精度是有很高的要求。一般情况下会将它们结合起来,制造更好的效果。

3.信道编码和交织技术 在数字通信系统中,交织技术和信道编码技术应用甚广,它们有着较强的抗干扰能力。

4.自适应技术 OFDM技术还有一个比较重要的技术,那就是自适应技术。可以动态地凭借信道的频率选择性衰落情况,然后很好地给子载波分配合适的信息比特数和功率的发送大小。

5.信道时变性的影响 多普勒扩展是由信道的时变性引起的,继而它就影响到OFDM信号的正交性,那么子载波间就容易产生干扰,最后给系统的性能带来很大的危害。

本文首先对多载波调制系统(OFDM)的基本原理进行了讲解,并对它的系统实现框图进行了分析,阐述了信号的接收和发送思想,然后就离散傅立叶变换、循环前缀和保护间隔等问题作了详细地解释,最后还提到了OFDM系统的优点和缺点,并对降低峰均比PAPR,同步,和自适应等几个关键技术进行了简单的分析研究。

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浅析工业当中自动化过程控制系统
发布时间:2023-08-09
摘 要:本文简单的阐述了我国现代制造工业当中过程控制系统的整体水平及主要内容,在总结实际生产运用情况的同时也分析了这一领域所面临的严重考验,并提出了自己的观点和看法。 关键词:制造工业自动化控制过程控制系统 自动控......
民间组织与乡土传统文化关系浅析
发布时间:2023-03-17
民间组织与乡土传统文化关系浅析 中国的农村是中国乡土文化的发源地,也是中国乡土文化得以不断发展繁荣的源泉。我们对于乡土文化尤其是乡土传统文化的认识和研究还相当有限,况且随着现wWw.LWlm.com代文化对传统农村带来巨大冲击,一些......
浅析中国国债管理制度的系统改革
发布时间:2023-02-20
【摘要】查字典论文网为您整理了国债研究论文—浅析中国国债管理制度的系统改革,希望帮助您提供很多想法。 分析国债首先要明确的是国债在整个经济中,在财政中承担着怎样的角色,在确定了其角色之后,紧接着就可以由国债的性质来确定其......
浅析RFID医院婴儿智能防盗系统设计
发布时间:2016-12-22
根据美国失踪与受虐儿童援助中心统计,从1983年到2002年间,美国有217个婴儿被诱拐,在这个总数中,100个婴儿是从医院(57个是从母亲的病房)被盗走的。事实证明,医院内新生儿被盗事件与是否采用母婴同室方式并没有太大的关联。近年来,......
浅析企业物流系统规划及优化方法
发布时间:2023-05-28
物流是物品从供应地向接收地的实体流动过程中,根据实际需要,将运输、储存、采购、装卸搬运、包装、流通加工、配送、信息处理等功能有机结合起来实现用户要求的过程。物流管理是使用管理学的方法与原理,在实际生产过程中,对资料实体探索规律,对物流活动控制、监督、组织等,协调配合好各项活动,尽可能的降低成本,提高效益,增加经济利益。现代物流管理是建立在系统论、信息论和控制论的基础上的,全新的升华部分,对物流管理.........
浅析煤矿通风系统及其重要性研究
发布时间:2022-08-08
摘 要:简要介绍了通风系统在煤矿安全生产中的重要性,论述了通常情况下煤矿通风系统的构成和关键要素,以及引进的国内外先进技术在通风系统中的应用情况,并大体呈现了我国当前煤矿通风系统的建设情况。 关键字:煤矿;通风系统;重......
浅析数字图书馆系统的设计与应用
发布时间:2015-08-18
[摘 要]图书馆是一所学校的重要组成部分,馆藏图书、杂志等资源的多少,在一定程度上影响着学校的办学水平。经济和科技的发展推动了数字图书馆在许多学校的建立,在高职院校中,做好数字图书馆系统的设计与应用也十分重要。本文介绍了......
浅析俄罗斯S―500防空反导武器系统
发布时间:2023-01-22
可能出于保密和政治等方面的原因,俄罗斯媒体对这些新型武器的情况,尤其是其战术技术性能指标等问题很少作实质性介绍。公开公布的这些武器装备的指标和数据常有较大出入,且常含混不清,前后矛盾,使人倍感神秘。尤其是S-500,外界对......
浅析国际系统重要性金融机构监管
发布时间:2023-08-07
一、系统重要性金融机构监管改革的国际背景 与以往历次金融危机有着实质性不同,系统重要性金融机构在2008年国际金融危机中并未起到金融稳定器的作用,反而成为系统性风险和金融危机的制造者、传递者和受害者。本次国际金融危机充分暴......
浅析WEB 和JAVA环境下的网络管理系统
发布时间:2017-05-25
随着信息产业的不断发展,计算机网络的影响力已经渗透到人们的社会生活方方面面,成为了一种大众生活的基础设施,信息社会的交流沟通平台。信息社会对于对计算机网络有着非常强烈的依赖性,因此计算机网络的安全可靠性是非常重要的,这关系到人们的隐私安全,财产安全等等方面,为网络管理系统的不断进步提供了非常强力的动力。WWW,JAVA以及XML等技术的不断涌现,基于WEB管理的网络管理系统一时间成为了许多这方面专.........
浅析科服网网站系统的研发与建设
发布时间:2015-07-27
摘 要:天津市科技型中小企业信息服务网汇集与整合了各类科技服务资源,为科技型中小企业提供便捷、高效的“一站式”服务,文章重点通过对数据库、业务应用系统、平台服务功能的阐述,揭示科服网各层建设的关系和作用以及实现的功能。......
高校资助体系育人系统探析
发布时间:2023-07-06
摘 要 本文在把握资助体系特点的基础上,以育人为目标,按照“资金扶困、激励大脑、强化心脏、锻炼能力”的资助工作理念,在常态化资助工作的基础上,着力从学生励志、心理健康、技能培训,感情培养四个方面,探析了高校新形势下助困......
营业厅综合MIS系统的组成和应用浅析
发布时间:2023-01-13
营业厅综合MIS系统的组成和应用浅析 营业厅综合MIS系统的组成和应用浅析 信息技术论文 更新:2006-4-8 阅读: 营业厅综合MIS系统的组成和应用浅析 营业厅综合MIS系统的组成和应用浅析 中山市供水总公司 何振......
浅析中压供配电系统中性点接地方式
发布时间:2022-08-25
[摘要]中压供配电系统中性点接地方式是一个复杂的系统问题,应该结合不同地区、不同电网、不同 发展 阶段和不同的受电对象统筹考虑。针对中压电网中性点不接地方式应用的发展及单相接地电容电流也在不断的增加,电缆馈线回路的增加,改造......
浅析地方政府债务风险审计预警系统
发布时间:2023-08-07
浅析地方政府债务风险审计预警系统 随着城市化进程的加快,城市经济的发展,建设规模的升级,地方政府对资金的需求也不断增加。为满足资金需求,各地方政府通过各种途径,举借大量债务,一方面有效缓解了城镇基础设施建设和社会公共事......
“学、做”一体单片机实验系统的设计浅析
发布时间:2016-10-24
引言 由于单片机具有体积小、功能强、功耗低、易扩展等特点,所以被广泛应用于生产生活的各个领域。单片机技术发展日新月异,很多大中专院校电子信息类专业普遍开设了单片机相关课程。单片机是一门实践性很强的课程,只有在了解单片机......
浅析基于LabVIEW 雏鸡雌雄半自动鉴别系统
发布时间:2023-01-27
1雏鸡雌雄半自动鉴别系统概述 1.1 国内外发展 在1950 年,日本的木泽武夫发明了雏鸡雌雄鉴别器,但是,通常情况下,孵化场的出雏量很大,且要求在雏鸡出壳后24h 内把鉴别工作做完,当时的器械鉴别法速度慢;由于在使用时将玻璃曲管经......
浅析“免疫系统”理论视野下的国家审计
发布时间:2023-02-22
浅析"免疫系统"理论视野下的国家审计 在国家经济运行中,免疫系统理论下的国家审计具有保护国民经济的作用,使其免受各种风险的侵害,这与人体的免疫系统理论相类似,除了具有机体免疫系统的基本特点外,国家审计也有其自身特质,如强......
浅析现代水暖系统设备的管理与维修
发布时间:2023-04-17
摘要:水暖系统是工程建筑中的重要部分,大体可分为给水系统、排水系统、采暖系统及通风空调、消防系统肩的单位还有锅炉蒸汽系统等几大类。这些系统设备的管理。维修的好与否将直接影响到设备的安全运行节能效果使用功能包括工作庄活......
浅析发动机冷却系统来改善汽车保养
发布时间:2022-09-29
摘要:分析研究冷却系统结构特点,对发动机正常、高效工作提高发动机的燃油经济性、加速性、可靠性以及使用寿命具有重要意义。关键字:冷却系统冷却系统维护温度设定点冷却系统智能控制随着汽车工业的发展,发动机的设计技术已经达到很高的水平。大家知道冷却系统发生故障是会引起很大的问题。比如发动机过热,会感觉发动机加速无力,润滑油的粘度也急剧的下降,以致不能形成保护膜保护各机件,引起过度磨损;温度再高的话,发动机.........
浅谈配电自动化系统分析与发展趋势
发布时间:2013-12-17
摘要:本文主要分析了配电自动化系统的组成、技术现状、存在的问题以及发展方向。 关键词:配电自动化;现状;问题;展望 1、配电自动化系统的组成 配电自动化是指利用现代电子计算机、通信及网络技术,将配电网在线数据和离线数据......
浅析高速公路机电系统的维护与监管
发布时间:2023-06-10
[摘 要]本文通过简要论述我国高速公路机电系统的维护与监管工作中存在的一些问题,总结了高速公路机电系统的维护和监管内容,进而提出了促进高速公路机电系统维护与监管工作的重要措施。 [关键词]高速公路、机电系统、维护与监管 ......
浅析DVOR导航系统在民用航空中的应用
发布时间:2023-08-15
【摘 要】 随着现代科技的快速发展,我国的DVOR导航系统技术的应该用也越来越广泛,特别是由于我国民用航空近几年发展快速,DVOR导航系统技术在民用航空得以全面的应用。因此,本文主要探讨了DVOR导航系统技术在我国航空管理中的管理应......
统考成绩管理系统分析与设计
发布时间:2023-02-08
摘 要:随着我院教学改革的探索和深入,部分课程新的考核方式已经形成。但目前的教务管理系统不能很好的完成这类课程成绩的统计工作,根据我院实际需要开发、设计我院统考成绩管理系统。本系统做为教务管理系统的辅助,大大提高了我院......
货车运行故障动态图像检测系统浅析
发布时间:2022-10-28
[摘 要]铁路的运输安全至关重要,决定着广大人民群众的出行和国计民生物资的运输安全。TFDS-3智能系统新增加了车体图像,增加了动态检查的范围,能有有效提升检车员发现列车故障的概率,保障列车的行车安全,并为实现列检人机分工打下......
浅析基于云计算的网络营销系统构建
发布时间:2016-10-14
引言 伴随信息技术的发展和行业的渗透,谷歌、亚马逊、阿里等IT行业巨头纷纷推出自己的云方案,推进了信息技术的革命和发展.针对客户端来说,用户只要拥有一台移动便携式的设备与网络互联,任何时间和地点都可以随时享用云服务.伴随着......
浅析计算机系统集成应用的未来愿景
发布时间:2023-01-02
前言 通过对传统计算机系统集成趋势的应用,更有利于满足现代信息时代的发展需要,这就需要进行市场需求的分析,进行新型的计算系统集成趋势的应用,从而进行计算机系统集成应用发展愿景的分析,满足信息时代的人们工作、生活等的需要......
浅析网络教学应用系统对教学的影响
发布时间:2022-12-14
" 论文关键词:网络教学 高校 教学应用系统 论文摘要:随着信息技术的快速发展,网络教学应用系统正在渗透到教学的各个方面,并对教学的方方面面产生影响,探讨高校网络教学应用系统对教学观念带来的影响,以及教师如何利用网络教学......
轨道交通企业管理信息系统建设浅析
发布时间:2022-11-30
引言:轨道交通在代表国家的发展情况占据很大一部分比例,它是一个国家运行的快速的象征。在我国,经济的快速发展使得轨道交通也在飞速发展,给人民的日常生活带来便利。在轨道交通企业的建设过程中,虽然消耗了大量的石材,浪费了大量......
浅谈供热系统节能技术
发布时间:2015-08-05
[关键词]供热系统;浪费原因;节能技术 随着全球能源危机的加剧,节约能源已成为全球关注的焦点。我国是耗能大国,现在国家大力推广建筑节能和系统节能,降低能源消耗,倡导建设节能型社会,走可持续发展的道路。为了建立节约型企业......
浅析虚拟机在系统安装教学中的应用
发布时间:2015-08-06
摘 要:虚拟机(Virtual Machine)指通过软件模拟的具有完整硬件系统功能的、运行在一个完全隔离环境中的完整计算机系统。虚拟系统通过生成现有操作系统的全新虚拟镜像,它具有真实windows系统完全一样的功能,进入虚拟系统后,所有操......
电力二次系统安全防护常用技术浅析
发布时间:2015-09-09
摘要:随着计算机技术、通信技术和网络技术的发展,电力二次系统也有了很大发展,接入电力数据网络的各类控制系统和非控制系统越来越多。通过对电力二次系统发展实际情况的分析,得出电力二次系统面临的安全风险。文章对电力二次系统......

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