正交频分复用技术原理分析及其应用

及相关的解调器等设备，系统非常昂贵。

为了降低OFDM系统的复杂度和成本，人们考虑利用离散傅立叶变换（DFT）及其反变换（IDFT）来实现上述功能。上面（7）式可改写成如下形式：

如对d(t)以fs=N/T=1/(Δt)(N为大于或等于M的正整数，其物理意义为信道数，在这里N=M)的抽样速率进行采样（满足fs>2fmax,fmax为d(t)的频谱的最高频率，可防止频率混叠），则在主值区间t=[0,T]内可得到N点离散序d(n)，其中n=0,1,…，N-1。抽样时刻为t=nΔt,则：

可以看出，上式正好是D（m）的离散傅立叶逆变换（IDFT）的实部，即：

d(n)=Re[IDFT[D(m)]]　　(10)

这说明，如果在发送端对D（m）做IDFT，将结果经信道发送至接收端，然后对接收到的信号再做DFT，取其实路，则可以不失真地恢复出原始信号D（m）。这样就可以用离散傅立变换来实现OFDM信号的调制与解调，其实现框图如图4所示。

用DFT及IDFT来实现OFDM系统，大大降低了系统的复杂度，减小了系统成本，为OFDM的广泛应用奠定了基础。

4 OFDM实现方式的计算机仿真

由上节可知，要实现OFDM，可以采用传统的多路正交副载波调制的方式，也可以采用傅立叶变换的方式，这两种方式所组成的系统复杂度和成本有很大差别。目前实用的OFDM系统均采用了傅立叶变换的实现方式，该方式与传统方式相比，大大简化了系统的构成，降低了成本。这里用计算机仿真方法对两种方式进行模拟，进一步说明两种方式具有相同的系统效果。

仿真系统用Matlab来实现，源数据采用一波形文件，采样后共有680个串行数据，将其分为34帧，每帧的20个数据分别构成10路进行码的实部和虚部。

在多路正交副载波调制方式中，用20个正交的三角波对10路码分别进行调制，将结果相加作为已调波。在接收端再用这20个三角波对接收波进行相关解调，将解调数据与源数据进行比较。程序流程图见图5。

在傅立叶变换方式中，使用快速傅立叶算法，直接对每帧数据进行IFFT，得到已调序列。在接收端对接收到的序列进行FFT，还原出原始数据。程序流程图如图6所示。

为了模拟无线通信环境，在信道中加入低幅度的高斯噪声。图7为源数据波形与通过两种方式得到的OFDM输出波形。可以看出，两种方式获得了相同的系统效果。

5 OFDM系统在宽带通信中的应用

（1）数字声广播工程（DAB）

欧洲的数字声广播工程（DAB）--DABEUREKA147计划已成功地使用了OFDM技术。为了克服多个基站可能产生的重声现象，人们在OFDM信号前增加了一定的保护时隙，有效地解决了基站间的同频干扰，实现了单频网广播，大大减少整个广播占用的频带宽度。

（2）高清晰度电视（HDTV）

由于现有的专用DSP芯片最快可以在100μs内完成1024点FFT，这正好能满足8MHz带宽以内视频传输的需要，从而为应用于视频业务提供了可能。目前，欧洲已把OFDM作为发展地面数字电视的基础；日本也将它用于发展便携电视和安装在旅游车、出租车上的车载电视。

（3）卫星通信

VSAT的卫星通信网使用了OFDM技术，由于通信卫星是处于赤道上空的静止卫星，因此OFDM无需设置保护间隔，利用DFT技术实现OFDM将极大地简化主站设备的复杂性，尤其适用于向个小站发送不同的信息。

（4）HFC网

HFC(Hybrid Fiber Cable)是一种光纤/同轴混合网。近来，OFDM被应用到有线电视网中，在干线上采用光纤传输，而用户分配网络仍然使用同轴电缆。这种光电混合传输方式，提高了图像质量，并且可以传到很远的地方，扩大了有线电视的使用范围。

（5）移动通信

在移动通信信道中，由多径传播造成的时延扩展在城市地区大致为几微秒至数十微秒，这会带来码间串扰，恶化系统性能。近年来，国外已有人研究采用多载波并传16QAM调制的移动通信系统。将OFDM技术和交织技术、信道编码技术结合，可以有效对抗码间干扰，这已成为移动通信环境中抗衰落技术的研究方向。

OFDM技术是近来年得到迅速发展的通信技术之一，由于其可以有效地克服多径传播中的衰落，消除符号间干扰，提高频谱利用率，已在宽带通信中获得了广泛的应用。在早期的OFDM系统中，采用一组正交函数作为副载波，需要使用大量的正弦波发生器及调制解调器等，系统复杂，成本高。采用傅立叶变换方式可以有效地降低系统复杂度，减小系统成本。对这两种实现方式的计算机仿真表明，两种方式具有相同的系统效果。