江苏龙网

  1. 首页 > 生活 > >

OFDM和单载波的频谱效率是一样的吗

首先题主说的“OFDM的子载波之间的频谱是有1/2重叠的”这句话其实含糊不清，没法定义，自然没法推出“OFDM与单载波相比大概可以节省近一半的带宽”。我大概能猜到题主想表达的直觉上的想法。题主的理解不对；OFDM并不能达到比单载波通信更高的频谱效率，OFDM只是一种比较方便做均衡和减小ISI的通信方式而已。下面解释单载波系统与OFDM系统的区别。单载波（single-carrier，SC）系统可以做时域均衡（time-domain equalization，TDE）也可以做频域均衡（frequency-domain equalization，FDE）。本回答中对比单载波频域均衡（SC-FDE）与OFDM，因为SC-FDE其实跟OFDM很像，区别主要只在于数据是在时域还是频域，而单载波时域均衡就不详细讲了。下面借用中的两张图，分别是SC-FDE和OFDM。可以看到二者均在频域做均衡，这样做的原因是频域均衡比时域均衡简单，频域均衡只要乘以各个子载波上的信道系数倒数即可（迫零的话）；而时域均衡得估计出时域信道响应的序列并相应地滤波。OFDM的数据在频域上传输，所以接收机在做完FDE后就可以做检测（detection）了。SC-FDE的数据在时域上传输，所以在FDE做完后还得再做IDFT转回时域再做检测。对比下面两张图，可以看出，把SC-FDE的接收机的IDFT放到发射机去做，就变成了OFDM。当然，除此之外二者还有一些区别需要考虑，比如OFDM系统可以在频域放置一些导频子载波以帮助进行信道估计，而SC-FDE的时域单载波信号分散在频域、没法放导频子载波；SC-FDE可能要避免有直流；SC-FDE的信号在频域会分散到高频位置，pulse shaping滤波的问题跟OFDM不一样，等等。OFDM和单载波的频谱效率是一样的吗

OFDM和单载波的频谱效率是一样的吗

针对同一个通信场景设计一个OFDM系统和一个SC-FDE系统，二者可以达到的频谱利用效率应该是差不多的。时域都要有CP，频域都要有保护频带。
另外，对于多用户系统里的多址接入（multiple access）的问题，对应地有正交频分多址（OFDMA）和单载波频分多址（SC-FDMA），可参考。
OFDM只是比FDM的频谱利用效率高而已，OFDM与FDM的区别在这里就不说了。
另外再提一点，对于多径时间长度比符号时间长度小很多的通信场景，可以用相干载波恢复（coherent carrier recovery, https://en.wikipedia.org/wiki/Carrier_recovery）的方法，在所谓的最佳采样点上采样，就不需要做均衡了。相干载波恢复可以用Costas环来做。但是，现在实际应用的系统中，带宽都比较大，多径不可忽略，就没法做相干载波恢复，所以这个已经过时了。
【OFDM和单载波的频谱效率是一样的吗】 其实说到最后我也还没正面回答题主的关于“频谱1/2重叠”和“节省一半带宽”的问题，这是因为这个问题问得不科学，想直接反驳却无从下手。如果希望得到更加直接正面的回答，建议题主先仔细思考一下，并完善所提问题。
Pancaldi, Fabrizio, et al. "Single-carrier frequency domain equalization." IEEE Signal Processing Magazine 25.5 (2008).
Myung, Hyung G., Junsung Lim, and David J. Goodman. "Single carrier FDMA for uplink wireless transmission." IEEE Vehicular Technology Magazine 1.3 (2006): 30-38.

■网友
我基本认可大部分答主所说的，两者的极限频谱效率可以认为是一样的，但是要比较的话要尽量控制变量，前提条件要说明，这样才有比较的意义。
首先，我们假设ofdm与单载波都不考虑滚降滤波器，让单载波的基带信号为连续的门信号，ofdm的单个子载波的基带信号也是门信号，这时候单载波的第一零点带宽为2fs，频带利用率为0.5B/Hz。只要ofdm的子载波数量n足够多，就可以忽略带外信号，频带利用率为n/(n+1)约等于1B/Hz。所以从这个意义上说ofdm的频带效率是单载波的两倍，也没毛病。当然当n等于1时，频带利用率退化为0.5B/Hz。


推荐阅读


上一篇：假如你在使用一台黑白显示器的电脑，使用截图工具后将截得的图片发至彩色显示器的电脑，那么这张图片在彩色显示器上还是黑白的吗

下一篇：低分屏电脑相对于高分屏的手机更适合看图片吗