61. 什么是正交频分复用（OFDM）？
正交频分复用调制 (Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM) 是一种多载波
调制技术，其子载波之间保持正交性，有重叠。由于 OFDM 系统中的载波数量常达几百, 所
以在实际应用中不可能象传统的 FDM 系统中那样, 使用 N 个振荡器和锁相环阵列进行
相干解调。直到S.B.Weinstein 提出了一种用离散付立叶变换 DFT实现 OFDM 的方法，简
化了系统实现，才使得OFDM技术实用化。
S.B.Weinstein 的核心思想是将通常在通带实现的正交频分复用信号 OFDM 转化为在
基带实现，先得到 OFDM 的等效基带信号，再乘以一个载波将等效基带信号搬移到所需的
频带上。
在过去的几十年中，OFDM 作为高速数据通信的调制方法，在数字音频广播（Digital
Audio Broadcasting，DAB）、地面数字视频广播（Terrestial Digital Video Broadcasting，
DVB-T）、无线局域网802.11 和802.16、非对称数字用户环ADSL 和甚高速数字用户环 VDSL
等方面得到实际的应用。
OFDM 技术的主要思想就是在频域内将给定信道分成许多正交子信道，在每个子信道
上使用一个子载波进行调制，而且各子载波并行传输。这样就可以把宽带变成窄带，解决频
率选择性衰落问题。
在传统的频分复用 FDM 传输系统中，各个频带没有重叠，频谱利用率低。但OFDM
的各个子载波是相互正交的，子载波间有部分重叠，所以它比传统的FDMA 提高了频带利用率。
62. OFDM 原理是什么 ？
OFDM 的概念诞生于二十世纪五六十年代。上图是基本的OFDM 系统，在发射端，高
速串行基带码流经过并/串变换成为N 路并行的低速信号，然后分别用N 个子载波进行调
制。基带码流可以是实数或复数，也就是说，每一路子载波可以采用PAM、QPSK 或MQAM
等数字调制方式，不同的子载波采用的调制方式也可以不同。
假设每一路并行信号的符号周期为Ts，那么就令子载波间隔 Δf = 1/T5 。不失一般性，
我们可以把子载波表示为复数形式：
63. 如何用 DFT 实现 OFDM 调制 ？
在 OFDM 系统中，对每一路子载波都要配备一套完整的调制解调器，在子载波数量N
较大时，系统的复杂度将无法接收。1971 年，Weinstein 等人将离散傅里叶变换 (DFT) 应用
于OFDM，圆满地解决了这个问题。
如果把f0 看作调制信号的唯一载波，那么发射机的输出信号D(t) 的复包络可以表示
为：
因此，OFDM 系统可以用上图所示的等效形式来实现。其核心思想是将通常在载频实
现的频分复用过程转化为一个基带的数字预处理，在实用中，DFT 的实现一般可运用快速
傅里叶变换算法(FFT)。经过这种转化，OFDM 系统在射频部分仍可采用传统的单载波模式，
避免了子载波间的交调干扰和多路载波同步等复杂问题，在保持多载波优点的同时，使系统
结构大大简化。同时，在接收端便于利用数字信号处理算法完成数据恢复，这是当前数字通
信接收机发展的必然趋势。
64. 为什么OFDM 保护间隔能抗多径干扰 ？
OFDM 子载波上的符号周期比单载波调制扩大了N 倍，但是仍然不能完全消除多径衰
落的影响。在多载波系统中，多径回波不仅使同一载波的前后相邻符号互相叠加，造成符号
间干扰 (ISI)，还会破坏子载波间的正交性，造成载波间串扰 (Inter-Carrier Interference, ICI)。
这是因为多径回波使子载波的幅度和/或相位在一个积分周期s T 内发生了变化，以至接收信
号中来自其它载波的分量在积分以后不再为0 了。解决这一问题的方法是在每个符号周期上
增加一段保护间隔时间Δ (Guard Interval)。此时实际的符号传输周期为′ = + Δ s s T T 。如下图
所示，如果保护间隔大于信道冲激响应的持续时间(即多径回波的最大延时)，那么根据卷积
的性质可知，前一符号的多径延时完全被保护间隔吸收，不会波及到当前符号的有用信号周
期s T 内。在接收端只需仍在有用信号周期s T 内进行积分就可以了。
对于OFDM 系统的DFT 实现形式来说，上述方法等效于在发射端N 个IDFT 样点(称
为一个OFDM 周期或OFDM 符号) 前增加M 个样点的保护间隔，这M 个样点通常采用
OFDM 周期的循环扩展。在接收端首先要去除保护间隔，再对N 点有用信号进行DFT 变换。
式中第一项为所需信号, 第二项为载波间的干扰 (ICI)，第三项为OFDM 周期间的干扰(包括
同一子载波的ISI 和不同子载波的串扰), 最后一项为随机噪声。由此式可见，时延小于保护间隔Δ的M1个回波只决定判决结果的复系数，并不会对判决结果产生破坏。当所有回波都
落在保护间隔之内时，上式简化为：
65. OFDM 的频域特性如何 ？
在实际系统中，OFDM 的子载波数N 通常很大。而发射信号作为N 个独立的子载波信
号的线性叠加，根据大数定理，其时域统计特性应接近于高斯分布。从频域来看，由N 个
功率谱包络为sin c 函数的子载波叠加构成的OFDM 信号功率谱近似为规则矩形，在不经过
滤波器的情况下其边沿已非常陡峭，类似于限带高斯白噪声的频谱。如果在每个子载波上采
用M 进制调制，则理想OFDM 信号总的频谱效率约为log2M bit/s/Hz，达到了“理论最高
频谱效率”。而单载波系统由于受滤波器实现的限制，实际最高频谱效率仅为理论值的
80%~90%。
66. 如何选择OFDM 子载波数量 N ？
与冗余码元一样，保护间隔的引入必然会降低实际系统的频谱效率。对于一个确定延时
的多径信道，系统的实际频谱效率为
因此，为了在保持信息速率的前提下提高系统的频谱效率，就必须增加Ts ，也就是增加子
载波的数量N 。
但是，子载波数量也不是越多越好。除DFT 计算复杂度和硬件消耗会随N 值增加而迅
速上升外，还因为限带系统的子载波间隔与N 值成反比；子载波间隔越小，对时间选择性
衰落和多普勒效应造成的频谱扩展以及载波相位噪声越敏感，越容易失去正交性。因此在工
程应用中，需要在这一对矛盾间折衷考虑。
此外，我们选择的N 值还应该能够分解成小基数的乘积，以便采用FFT 蝶形算法。
目前在地面数字电视广播系统中，子载波数量一般为 2K、4K 或8K。至于具体选择哪
一种参数，除了上述因素外，还要考虑移动性、网络规划灵活性等。
在移动性能方面，在 2K 模式下提供非常好的移动性能，明显好于 8K 模式。在网络
规划方面，很大的地理区域只被单一频率覆盖从而构成单频率网络 (SFN) ，但 2K 模式的
符号持续时间和相应的保护间隔很短，这就使得网络设计者难于进行频率规划，阻碍了其在
这类环境中的使用。所以，2K 模式只适合于小型单频网（SFN），而8K 模式更适合于构成
一个大范围的 SFN。
4K 模式是在移动性能和网络规划灵活性方面一个很好的折中。欧洲 DVB-T 原来只有
2K 和 8K 模式，日本 ISDB-T 和欧洲后来的 DVB-H 在原来 2K 和 8K 的基础上增加了
4K 模式。清华大学 DMB-T 系统采用了 4K 模式，更好地兼顾移动和网络规划。
简而言之，子载波数目的选择不影响传播能力，但是要在可容忍的多普勒频移和最大回
波延迟之间折衷。
67. OFDM 调制有何优点 ？
???抗抗多径干è
??支支持移动接ê
??构构建单频í SF，，易于频率规划?
??陡陡峭（高效）的频谱，好的频谱掩模?
??便便于信道估计，易于实现频域均o
??灵灵活的频谱应ó
??有有效的实现技术，利ó FFT算算法用单载波调制实? OFD。?
??易易于实现天线分集o MIMO系系í
?? OFDM实实验室和场地测试表现良o
?? OFDM在在众多新制定的国际标准中得到采用，是未来宽带无线通信的主流技术?
68. OFDM调调制有何缺μ？￡
￡）￡对对频率偏移和相位噪声敏?
这是一个接收机的实现问题，对ó OFDM调调制技术，需要更好的调谐器，以及更好μ
定时和频率恢复算法?
相位噪声的影响可以模型化为两部分：一是公共的旋转部分，它引起所ó OFDM载载2
的相位旋转，容易通过参考信号来跟踪。二是分散的部分，或者载波间干扰部分，它导致à
似噪声的载波星座点的散焦，补偿困难，将稍微降μ OFDM系系统的噪声门限?
￡）￡高高的峰均功率± PAPR
OFDM的μ PAP比比单载波? 2.5dB左左右，这意味着需要更大的发射机动态范围，?
者功率回退，以避免进入发射机的非线性区；需要更好的滤波，以减少邻频道干扰?
减é PAR是是研究热点之一，近年已提出了一些行之有效的技术，例如用非线性失真?
少峰值幅度，又不引? IS。。另外￡OFDM调调制? PAPR的的缺点只影响数量少的发送端￡
不影响数量巨大的接收用户。而且采用单频网时，由于发射机功率小￡PA将将不是问题?
￡）￡插插入保护间隔降低了? 1％￡的的传输有效码?
人们正在积极寻找方法克服此问题，例如清华大学地面数字电视传输系í DMB-T中?
就在保护间隔中插入á PN序序列，代ì OFDM常常用的循环前缀方式，用于系统定时、í步和信道估计均衡等?
69.什什么是峰值功率和平均值功率比（峰均功率±PAP））￡
PAPR是是指发射机输出信号为非恒包络信号时，其峰值功率和平均值功率的比值。对μ
载波调制系统来说￡PAPR值值主要由频谱成型滤波器的滚降系数决定。而对于多载波μOFDM
调制系统来说，由óOFDM信信号由一系列相互独立的调制载波合3,根根据中心极限定à,
OFDM的的时域信号?N比比较大时是很接近于高斯分布的统计概率。一般而?, N> 20时ê,分·
布就很接近高斯分布á,而而一般μOFDM系系统?, N都都可达几百以上。所ò,从从理论上讲￡
OFDM信信号的峰值—平均值功率比的分布与高斯分布信号的是极为相似的?
多个子载波叠加的结果有时会出现较大的峰值?
决?OFDM信信号峰值—平均值功率比的因素有两?:一一是调制星座的大D,另另一个ê
并行载波ê。。调制星座越′,峰峰值—平均值功率比就可能越′,这这与串行传输方式时是?
同的?
较高μPAPR值值意味着发射机要有更好的线性范围，或采用更大功率的发射? 约?1.8
倍功?)以以适ó2.5dB的的“输出功率回退”?
70.哪哪些国际标准采纳á OFDM调调制方°？￡
OFDM属属于能得到不断发展和提高的新技术，是未来宽带无线通信系统的主流技术￡
在众多的国际标准中得到了采纳￡OFDM已已经应用于￡
??数数字用户环￡xDS）￡
??数数字音频广播￡DA））和地面数字视频广播￡DVB-T)
??蜂蜂窝无线网￡IDE，，窄′ OFD）￡
??无无线局域网￡IEEE802.11a和o ETSI/BRAN HiperLAN/2)??固固定无线接入￡IEEE802.16a)
OFDM也也将要应用于未来的第四代宽带移动通信中，例如目前提出的方案ó
Flash-OFD、?WOFD、、码分多? OFD等等?
[此贴子已经被作者于2008-5-28 15:38:10编辑过]
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