1.通信系统模型

1.1一般模型

1.2数字通信模型

2.OFDM概述

3.OFDM的实现过程

4.OFDM涉及的技术

5.OFDM的优缺点

6.OFDM信号特征

7.发送接收信号模型

8.通信信号数据集

9.补充内容

1.通信系统模型

介绍OFDM之前我们先学习下通信模型，毕竟OFDM是通信的一个方法，先从基础知道有利于后续的认知，话不多说，上干货！

1.1一般模型

图1 通信系统一般模型

1.2数字通信模型

图2 数字通信模型

信息源（信源）：是指把信息转换成原始电信号

信源编码：把模拟信号转成数字信号

加密：对数字信号进行加密

信道编码：编码的主要作用是纠错和码型变换

数字调制：将编码后的数字信号频谱变换到高频谱范围内

信道：传输信号的媒介，也是噪声产生的地方。

2.OFDM概述

正交频分复用（OFDM），是4G关键技术之一，是多信道系统传输的一种方案。它主要是将某一单独信道转化为若干个正交子信道，也就是将频带划分成多个子信道进行数据传输，从而实现将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，然后调制到在每个子信道上进行信号的传输。正交频分复用中的正交是指可区分，意为方便将两信号、电磁波进行区分，那么就称这两信号是正交的；频分也被称为分频，指的是一个信号用多个子载波（用来承载信号的）进行传输信息；复用指的是把某一段频率重复使用，好处是实现频率资源的重复使用。具体如图3。

图3 OFDM在信道上的传播

3.OFDM的实现过程

原始信号数据->编码->交织->调制(QPSK,QAM等)->映射->插入导频->串转并->IDFT(IFFT)->插入循环前缀->上变频->天线->......射频传输.......->天线->下变频->去循环前缀->DFT(FFT)->并转串->去导频->逆映射->解调->去交织->解码->还原数据

图4 OFDM系统的发射机和接收机框图

发送端将被传输的数字信号转换成子载波幅度和相位的映射，并进行离散傅里叶变换（IDFT），作用是将数据的频谱表达式变到时域上。接收端进行与发送端相反的操作，用FFT变换分解，子载波的幅度和相位最终转换回数字信号。

一个OFDM符号之内包括多个经过调制的子载波的合成信号，其中每个子载波都可以收到psk（相移键控）和qam（正交幅度调制）的调制。OFDM发射机将信息比特流映射成一个psk或qam符号序列，之后将串行的符号序列转换为并行符号流。每N个经过串并转换的符号被不同的子载波调制。

OFDM符号为N个并行符号的复合信号，假设单个串行符号的传输时间（周期）是Ts，那么一个完整的OFDM符号的持续时间（周期）Tsym=N*Ts。

主要实现代码和figure图：

图5 发射端OFDM信号

图6 接收端OFDM信号

图7 散点图、误比特率曲线图、收发数据图

4.OFDM涉及的技术

OFDM主要使用了保护间隔、交织、信道编码、扩频、导频、RF调制等技术。

5.OFDM的优缺点

优点：

通过OFDM可解决浪费资源的问题，使某一频率可以承载着多个子载波。
OFDM将非平坦衰落无线信道转化成多个正交平坦衰落的子信道，所以就可消除信道波形间的干扰，达到对抗多径衰落的目的，也就是使多信道之间不影响，降低子载波间的干扰。

缺点: OFDM的峰均比高，即峰值和均值的比值高。峰值高也就意味着能量越大，就会导致使用设备的发送功率大。峰均比可见下图。

图8 OFDM峰均比

6.OFDM信号特征

图9 OFDM信号的立体特征

图10 OFDM信号的真实时域电压波形（水平轴是时间，垂直轴是电压（线性））

图11 OFDM信号的真实频谱（水平轴是频率，垂直轴是功率（用dB表示））

图12 OFDM信号的频域特征

通过上图可以发现，当某一子载波为最大时，在对应频率点处其他的子载波为零，此好处是便于区分。

7.发送接收信号模型

图13 发送的OFDM信号

图14 接收的OFDM信号

8.通信信号数据集

（1）RF DATASETS FOR MACHINE LEARNING（用于机器学习的射频数据集）

9.补充内容

OFDMA：是正交频分多址技术。

傅里叶变换：任何一个波形都可以用无穷多个正弦波叠加出来。其中，OFDM就用到了傅里叶变换。波形拆成子载波用到了傅里叶变换，多个子载波变成波形发射出去就用到了逆傅里叶变换。

离散傅里叶逆变换（IDFT）

快速傅里叶逆变换(IFFT)：将频域数据转换为时域数据的工具

OFDM代码链接：https://github.com/Ajie-GitHub/OFDM-signal-model

本文为在学习中的总结，初学之路不准确的还请同道中人多加指点。

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