杂谈:OFDM技术

OFDM是一种通信技术,它是一种频分复用的技术。
什么是频分复用呢?简单来讲就是分不同的频段,各自使用一块地方。
像下面这个地方,就是频分复用的一个描述(FDM)。
在这里插入图片描述它把整个频段分成若干部分,每一部分,作为己用。
这个看起来非常直观,频谱资源就像高速公路一样,大家分车道,行驶,并行不悖。

那么一个频分复用的系统是怎么实现的呢?
它分为发送端,以及接收端两个部分。
从发送端来看,实际是简单的将基带信号搬移到不同的频段(fc1, fc2, …),然后将几个信号加在一起,发送出去。在这里modulator实际就是一个mixer,起到了频谱搬移的作用。

在这里插入图片描述
从接收端来讲,它是这么个样子的
在这里插入图片描述
所以传统的FDM系统需要有精确的带通滤波器BPF,将各个信道区隔开来。

什么是OFDM呢,O的意思是正交,是让每个子载波(fc1, fc2, …)之间正交
像下面这个样子
在这里插入图片描述
正交意味着“天然的可分离”,或者天然的分离就是正交。
一般而言,常常将正弦波和余弦波称为正交,我们看看为什么。
在这里插入图片描述
大家如果跟上面的图对比一下就发现,两者并非互不相交,而是处于一种0和max相交的状态。如果大家有兴趣可以推导一下,两个波是怎么能够自然的分离的。

现在我们看看OFDM的子载波如何能够自然分离!

第一个问题,怎么样的子载波会是上面的那个SINC样子,答案是时域的方波。设定方波的周期是T,那么Δf=1/T。
从这个公式可以发现OFDM的一个好处是频谱利用率和普通FDM不一样了,对于普通的FDM,每个载波完全的占用了带宽2/T,而OFDM实际每个子载波占有的带宽只有1/T而已。
在这里插入图片描述
第二个问题,如何分离每个子载波。DFT刚好可以提取出信号里面的频率分量。假设信道带宽是B,那么采样点至少是2B个。从这2B点进行DFT可以将信号映射到0频到2B-1的频率区间。
这就是N点的DFT所代表的含义,N是带宽的两倍。而DFT后的频点对应的也是两倍带宽以N进行分隔的点。

第三个问题,如何进行频率映射。哪个子载波映射到0频,哪个映射到2B-1的频率呢。
如果这个问题不解决那么比特流是没有办法重组的,因为比特流会在发送端首先映射到各个子载波,接收端以同样的方式进行反映射,就可以得到重组后的比特流。

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