二、OFDM系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

　　由于OFDM系統(tǒng)中存在多個相互正交的子載波，而且輸出信號是多個子信道信號的疊加，所以在OFDM系統(tǒng)中存在以下幾方面關(guān)鍵技術(shù)。

　　1.峰均比技術(shù)

　　OFDM系統(tǒng)的弱點(diǎn)之一就是對峰值平均比比較敏感。相對于單載波系統(tǒng)，由于OFDM符號是多個子載波符號相加而成的，對于有N個子信道的OFDM系統(tǒng)來說，如果N路信號的相位相同時(shí)，所得的信號峰值功率為平均功率的N倍。當(dāng)這種變化范圍很大的信號通過諸如功率放大器這種非線性部件時(shí)，信號就會發(fā)生非線性失真，產(chǎn)生諧波，除此之外，還會增加A/D，D/A轉(zhuǎn)換器的復(fù)雜度和準(zhǔn)確性，因此，如何減小較大的PAR是OFDM系統(tǒng)面臨的重要問題之一。

　　目前減小峰均值的方法可以分為三類：信號預(yù)畸變技術(shù)，編碼技術(shù)和利用加干擾序列對OFDM符號進(jìn)行加權(quán)處理以選擇峰均比較小的符號來傳輸。其中，信號預(yù)畸變技術(shù)是在信號被放大之前，首先對功率大于閾值的信號進(jìn)行非線性預(yù)畸變，比如限幅、峰值加窗、峰值消除等。編碼方法是使用不會造成大峰值功率信號的編碼圖樣，但是這種方法在子載波數(shù)量較大時(shí)，編碼效率非常低。

　　2.信道估計(jì)

　　在無線通信系統(tǒng)中，發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間的傳播路徑復(fù)雜，具有很大的隨機(jī)性，很容易導(dǎo)致接收信號的相位、頻率和幅度的失真。所以對接收機(jī)的性能提出了很大挑戰(zhàn)，而信道估計(jì)器是克服這一問題的重要組成部分。通過信道估計(jì)，接收機(jī)可以得到無線信道的沖激響應(yīng)從而對接收信號進(jìn)行均衡。

　　信道估計(jì)算法主要有兩類：基于訓(xùn)練序列的估計(jì)算法和盲估計(jì)算法。其中，基于訓(xùn)練序列的估計(jì)算法就是利用發(fā)送端和接收端都已知的序列進(jìn)行信道估計(jì)，由于OFDM系統(tǒng)的時(shí)頻二重性，既可以在時(shí)域內(nèi)進(jìn)行估計(jì)，也可以在頻域內(nèi)進(jìn)行估計(jì)。該方法容易實(shí)現(xiàn)，算法簡單，得到廣泛應(yīng)用。為了盡量獲得精確估計(jì)值而又不浪費(fèi)資源，訓(xùn)練序列間隔的設(shè)置原則為：時(shí)域間隔st和頻域間隔sf應(yīng)分別滿足st《1/Bd，sf《1/max，其中Bd為多普列頻移，max為最大時(shí)延。

　　盲估計(jì)利用接收數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)信息來實(shí)現(xiàn)，不需要訓(xùn)練序列，所以節(jié)約了帶寬，但是該方法運(yùn)算量大，不容易實(shí)現(xiàn)，在實(shí)時(shí)系統(tǒng)中的應(yīng)用受到了限制。但由于其相對于基于訓(xùn)練序列的估計(jì)方法提高了系統(tǒng)效率，所以也越來越受到關(guān)注。

　　3.同步技術(shù)

　　OFDM系統(tǒng)中，發(fā)射數(shù)據(jù)在N個子載波上并行傳輸，多個子載波上的數(shù)據(jù)之所以能夠?qū)崿F(xiàn)并行傳輸而互不干擾，主要是因?yàn)楦鱾€子載波具有正交性，當(dāng)由于無線信道的時(shí)變性等原因引起頻率偏差時(shí)，這種正交性受到破壞，就會導(dǎo)致子載波間的相互干擾。所以O(shè)FDM系統(tǒng)對頻率偏移非常敏感。為了不破壞子載波間的正交性，在接收端要對傳輸過程中產(chǎn)生的頻率偏移進(jìn)行估計(jì)和補(bǔ)償。

　　OFDM系統(tǒng)中的頻率偏移有整數(shù)倍子載波間隔頻偏和小數(shù)倍頻偏。其中，整數(shù)倍頻偏的抽樣點(diǎn)仍然在頂點(diǎn)，只是子載波位置發(fā)生了改變，不會引起載波間干擾（ICI），這種頻偏引起的符號錯誤率為50%。小數(shù)倍頻偏破壞了子載波間的正交性，而引入ICI，在這種情況下，即使很小的頻偏也會帶來很大的性能損失。

　　在接收端對頻偏的估計(jì)和補(bǔ)償過程一般分為粗同步（捕獲）和細(xì)同步（跟蹤），即首先在時(shí)域內(nèi)估計(jì)小數(shù)倍頻偏，然后在頻域內(nèi)再完成整數(shù)倍頻偏的估計(jì)。

　　三、OFDM技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

　?。?）在窄帶帶寬下也能夠發(fā)出大量的數(shù)據(jù)。OFDM技術(shù)能同時(shí)分開至少1000個數(shù)字信號，而且在干擾的信號周圍可以安全運(yùn)行的能力將直接威脅到目前市場上已經(jīng)開始流行的CDMA技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展壯大的態(tài)勢，正是由于具有了這種特殊的信號“穿透能力”使得OFDM技術(shù)深受歐洲通信營運(yùn)商以及手機(jī)生產(chǎn)商的喜愛和歡迎。

　?。?）OFDM技術(shù)能夠持續(xù)不斷地監(jiān)控傳輸介質(zhì)上通信特性的突然變化，由于通信路徑傳送數(shù)據(jù)的能力會隨時(shí)間發(fā)生變化，所以O(shè)FDM能動態(tài)地與之相適應(yīng)，并且接通和切斷相應(yīng)的載波以保證持續(xù)進(jìn)行成功的通信。該技術(shù)可以自動地檢測到在傳輸介質(zhì)下，哪一個特定的載波存在高的信號衰減或干擾脈沖，然后采取合適的調(diào)制措施來使指定頻率下的載波進(jìn)行成功通信。

　　（3）OFDM技術(shù)的最大優(yōu)點(diǎn)是對抗頻率選擇性衰落或窄帶干擾。在單載波系統(tǒng)中，單個衰落或干擾能夠?qū)е抡麄€通信鏈路失敗，但是在多載波系統(tǒng)中，僅僅有很小一部分載波會受到干擾。對這些子信道還可以采用糾錯碼來進(jìn)行糾錯。OFDM技術(shù)特別適合使用在高層建筑物、居民密集和地理上突出的地方以及將信號散播的地區(qū)。高速的數(shù)據(jù)傳播及數(shù)字語音廣播都希望降低多徑效應(yīng)對信號的影響。

　?。?）OFDM技術(shù)可以有效地對抗信號波形間的干擾，適用于多徑環(huán)境和衰落信道中的高速數(shù)據(jù)傳輸。當(dāng)信道中因?yàn)槎鄰絺鬏敹霈F(xiàn)頻率選擇性衰落時(shí)，只有落在頻帶凹陷處的子載波以及其攜帶的信息受影響，其他的子載波未受損害，因此系統(tǒng)總的誤碼率性能要好得多。

　　（5）OFDM技術(shù)通過各個子載波的聯(lián)合編碼，具有很強(qiáng)的抗衰落能力。OFDM技術(shù)本身已經(jīng)利用了信道的頻率分集，如果衰落不是特別嚴(yán)重，就沒有必要再加時(shí)域均衡器。通過將各個信道聯(lián)合編碼，可以使系統(tǒng)性能得到提高。

　?。?）OFDM技術(shù)可以使用硬件模塊集成基于IFFT/FFT的算法，通過這種方式實(shí)現(xiàn)的OFDM系統(tǒng)的運(yùn)行速度，主要取決于硬件電路的運(yùn)行速度，同時(shí)也簡化了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜程度。

　?。?）OFDM技術(shù)的信道利用率很高，這一點(diǎn)在頻譜資源有限的無線環(huán)境中尤為重要；當(dāng)子載波個數(shù)很大時(shí)，系統(tǒng)的頻譜利用率趨于2baud/Hz。