通信原理面经

一、OFDM的工作原理

详细的原理

OFDM即正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing），是多载波调制的一种，通俗来说就是通过多条互相没有关系的通道传输不同的信息。
OFDM主要思想是：首先，将要传输的高速串行数据流进行串/并变换，变换成N路并行的低速数据流，且将信道分成若干个正交子信道，并分别用N个子载波进行调制，每一路子载波可以采用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。然后将调制好的各路已调信号叠加在一起构成发送信号。正交信号可以在接收端通过相关解调技术分离各个子载波。由于串/并变换后，高速串行数据流变换成了低速数据流，所传输的符号周期增加到大于多径延时时间后，可有效消除多径干扰。
(值得注意的是，这里的已调信号叠加与传统的频分复用(FDM)不同。在传统的频分复用中，各个子载波上的信号频谱互不重叠，以便接收机能用滤波器将其分离、提取。而OFDM系统中的子载波数n很大，通常可达几百甚至几千，若采用传统的频分复用方法，则复用后信号频谱会很宽，这将降低频带利用率。因此，在OFDM系统中，各个子载波上的已调信号频谱是有部分重叠的，但保持相互正交，因此，称为正交频分复用。)

为什么OFDM可以减少子信道之间的相互干扰(ISI），具有抗多径衰弱的能力？
答：

1. 正交频分复用（OFDM）的基本思想是将数据流分解成若干个独立的低速比特流，从频域上说就是分成多个子载波，然后并行发送出去。这样可以有效地降低高速传输时，由于多径传输而带来的码间干扰。
2. 为了最大程度地消除多径效应和其他因素引起的码间干扰，OFDM技术还在每个信号中设置一段空闲的传输时段，称之为保护间隔，该时间段大于信道最大时延，从而不会对下一个信号产生延时引起的码间干扰。此时尽管由于多径传输发生前后信号的重叠，但由于空闲段的无信号，因此重叠部分不会产生干扰。实际应用中，由于空闲传输时段无波形，此时若为多个载波的重叠部分，则破坏了正交性，会由于多径传输引起信道间干扰（ICI，Inter Channel Interference），为此在空闲时间段也填入信号，称之为循环前缀（将OFDM符号尾部的信号复制到头部构成的），接收时则将此段信号舍弃。
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与传统的单载波调制技术相比，OFDM技术主要具有以下几点优势：

1. 由于允许子载波之间有频谱交叠，因此OFDM系统具有较高的频谱利用率。
2. 通过把信道划分为多个窄带子信道，OFDM系统能够很好地抵抗信道的频率选择性衰落。
3. 通过插入保护间隔和循环前缀，在略微降低系统容量的前提下，可以有效消除多径干扰引起的ISI和ICI。
4. 允许数据在复数域上进行调制或编码，有基于FFT/IFFT的快速算法。

OFDM技术具有下列缺点：

1. 信号的峰均功率比(PAPR)较高（因为OFDM信号是由经过调制的多个子载波相加得到的），因而系统对于放大器、功耗以及A/D、D/A等有较高的要求。
2. OFDM系统每个子信道的带宽较窄，所以OFDM对系统的载波频率偏移较为敏感，接收机需要有更好的调谐器以及更好的定时和频率恢复算法。
3. 插入保护间隔使有效传输率降低了约10%。
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二、解释多径效应、 ISI、ICI、

多径效应（multipath effect）：指电磁波经不同路径传播后，各分量场到达接收端时间不同，按各自相位相互叠加而造成干扰，使得原来的信号失真，或者产生错误。

ISI (Inter Symbol Interference) 符号间干扰：是指同一信号由于多径传播在接收端相互重叠而产生的干扰。与之相反，不同信号间的相关干扰就是码间串扰：由于系统传输总特性不理想，导致前后码元的波形畸变、展宽，并使前面波形出现很长的拖尾，蔓延到当前码元的抽样时刻上，从而对当前码元的判决造成干扰。
符号间干扰和码间串扰的