OFDM技術(shù)介紹

　　OFDM是一種特殊的多載波傳輸方案，可 以被看作是一種調(diào)制技術(shù)，也可以被當作是一種復用技術(shù)，多載波傳輸把數(shù)據(jù)流分解成若干子數(shù)據(jù)流 ，這樣每個子數(shù)據(jù)流將具有 比較低的比特速率，用這樣的低 比特率形成 的低速率 多狀態(tài)符號再去調(diào)制相應 的子載波 ，就構(gòu)成多個低速率符號并行發(fā)送 的傳輸 系統(tǒng) 。正交頻分復用是對傳統(tǒng)多載波調(diào)制 的一種改進 ，它的特 點是各子載波的相互正交，這減小 了子載波間 的相互干擾 。由于調(diào)制后的子載波頻譜可以有 部分重疊 ，因而大大提高了頻譜利用率 。OFDM 還 具有較好地抗頻率選擇性衰落和窄帶干擾 的能力。在單載波系統(tǒng)中，一次衰落或者干擾會導致整個鏈路失效，但是在 多載波系統(tǒng) 中，某一時刻只會有少部分 的子通道受到深衰落的影響。

　　OFDM系統(tǒng)收發(fā)機 的發(fā)送端將被傳輸 的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成子載波幅度和相位 的映像，并進行 IDFT將數(shù)據(jù)的頻譜表達式變到時域上。IFFT變換與 IDFT變換作用相 同，只是有 更高的計算效率，所以適用于所有的應 用系統(tǒng)。其 中，上半部分對應于發(fā)射機鏈路，下半部分對應于接收機鏈路。 由于 FFT操作類似于 IFFT，因此發(fā)射機和接收機可 以使用同一硬設備 。當然，這種復雜性 的節(jié)約使得該收發(fā)機不能同時進 行發(fā)送和接收操作。

　　接收端進行與發(fā)送端相反的操作，首先進行射頻解調(diào)，并用 FFT變換分解頻域信號，子載波的幅度和相位被采集出來并轉(zhuǎn)換回數(shù)字信 號。IFFT和 FFT互為反變換，選擇適當?shù)淖儞Q將信號接收或發(fā)送 。當信號獨 立于系統(tǒng) 時，F(xiàn)FT和IFFT可以被交替使用.

　　OFDM技術(shù)的應用

　　數(shù)字音頻廣播工程（DAB）

　　歐洲的DAB成功使用了OFDM技術(shù)。為了克服多個基站可能產(chǎn)生的重聲現(xiàn)象，人們在OFDM信號前增加了一定保護時隙，有效地解決了基站間的同頻干擾，實現(xiàn)了單頻網(wǎng)廣播，大大減少了整個廣播網(wǎng)占用的頻帶寬度。

　　高清晰度電視（HDTV）

　　由于現(xiàn)有的專用ＤＳＰ芯片最快可以在100μｓ內(nèi)完成1024點FFT，這正好能滿足８MHｚ帶寬以內(nèi)視頻傳輸?shù)男枰?，從而為OFDM應用于視頻業(yè)務提供了可能。目前，歐洲已把OFDM作為發(fā)展地面數(shù)字電視的基礎；日本也將它用于發(fā)展便攜電視和安裝在旅游車、出租車上的車載電視。

　　衛(wèi)星通信

　　VSAT（小型地面衛(wèi)星站）使用了OFDM技術(shù)。由于通信衛(wèi)星是處于赤道上空的靜止衛(wèi)星，因此OFDM無需設置保護間隔，利用DFT技術(shù)實現(xiàn)OFDM將極大地簡化主站設備的復雜性，尤其適用于向各個小站發(fā)送不同的信息。

　　纖／同軸混合網(wǎng)（HFC）

　　OFDM被應用到有線電視網(wǎng)中，在干線上采用光纖傳輸，而用戶分配網(wǎng)絡仍然使用同軸電纜。這種光電混合傳輸方式，提高了圖像質(zhì)量，并且可以傳到很遠的地方，擴大了有線電視的適用范圍。

　　移動通信

　　在移動通信信道中，由多徑傳播造成的時延擴展在城市地區(qū)大致為幾微秒至數(shù)十微秒，這會帶來碼間串擾，惡化系統(tǒng)性能。近年來，國外已有人研究采用多載波并傳１６ＱＡＭ調(diào)制的移動通信系統(tǒng)。將OFDM技術(shù)和交織技術(shù)、信道編碼技術(shù)相結(jié)合，可以有效對抗碼間干擾，這已成為移動通信環(huán)境中抗衰落技術(shù)的研究方向。OFDM技術(shù)是近年來得到迅速發(fā)展的通信技術(shù)之一，由于其可以有效地克服多徑傳播中的衰落，消除符號間干擾，提高頻譜利用率，已在寬帶通信中獲得了廣泛的應用。在早期的OFDM系統(tǒng)中，采用一組正交函數(shù)作為副載波，需要使用大量的正弦波發(fā)生器及調(diào)制解調(diào)器等，系統(tǒng)復雜，成本高。采用傅立葉變換方式可以有效地降低系統(tǒng)復雜度，減小系統(tǒng)成本。對這兩種實現(xiàn)方式的計算機仿真表明，兩種方式具有相同的系統(tǒng)效果。

　　無線局域網(wǎng)（WLAN）

　　WLAN的標準主要有IEEE 802.11，他是工作于2.4GHz頻段的第一個WLAN標準，其中規(guī)定使用三種不同的物理層標準——直接序列擴頻、調(diào)頻和紅外，可以提供2Mbit/s的數(shù)據(jù)速率。IEEE 802.11a工作在5GHz頻段，利用OFDM作為物理層技術(shù)，提供6Gbit/s到54Gbit/s的數(shù)據(jù)速率。

　　OFDM技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)狀

　　正交頻分復用是一種把高速率的串行數(shù)據(jù)通過頻分復用來實現(xiàn)并行傳輸?shù)亩噍d波傳輸技術(shù)，其思想早在20世紀60年代就己經(jīng)提出了，但由于并行傳輸系統(tǒng)需要基帶成形捧波器陣列，正弦波載波發(fā)生器陣列及相干解調(diào)陣列，采用傳統(tǒng)的模擬的方法實現(xiàn)是相當復雜的、昂貴的，因而早期并沒有得到實際應用。1971年，Weistein和Ebert提出了用離散傅立葉變換（DFT）來實現(xiàn)多載波調(diào)制，人們開始研究并行傳輸?shù)亩噍d波系統(tǒng)的數(shù)字化實現(xiàn)方法，將DFT運用到OFDM的調(diào)制解調(diào)中，為OFDM的實用化奠定了基礎，大大簡化了多載波技術(shù)的實現(xiàn)。運用DFT實現(xiàn)的OFDM系統(tǒng)的發(fā)送端不需要多套的正弦發(fā)生器，而接收端也不需要用多個帶通濾波器來檢測各路子載波，但由于當時的數(shù)字信號處理技術(shù)的限制，OFDM 技術(shù)并沒有得到廣泛應用。80年代，人們對多載波調(diào)制在高速調(diào)制解調(diào)器、數(shù)字移動通信等領域中的應用進行了較為深入的研究，L.J.Cimini首先分析了OFDM在移動通信中應用中存在的問題和解決方法，從此以后，OFDM在無線移動通信領域中的應用得到了迅猛的發(fā)展。

　　近年來由于數(shù)字信號處理技術(shù) （Digital Signal Processing， DSP）和大規(guī)模集成電路CPLD技術(shù)的飛速發(fā)展，使得當載波數(shù)目高達幾千時也可以通過專用芯片來實現(xiàn)其DFT變換，大大推動了OFDM技術(shù)在無線通信環(huán)境中的實用化，OFDM技術(shù)在高速數(shù)據(jù)傳輸領域受到了人們的廣泛關(guān)注。OFDM已經(jīng)成功的應用于數(shù)字音頻廣播系統(tǒng) （Digital Audio Broadcasting， DAB）、數(shù)字視頻廣播系統(tǒng)（Digital Video Broadcasting， DVB）、無線電局域網(wǎng)（ Wireless Local Area Network， WLAN），非對稱數(shù)字用戶環(huán)路ADSL （Asymmetric Digital Subscriber Line）等系統(tǒng)中。1995年，歐洲電信標準協(xié)會（ETSI）首次提出DAB標準，這是第一個采用OFDM的標準［5］。1999年12月，IEEE802.lla 一個工作在5GHz的無線局域網(wǎng)標準，其中采用了OFDM 調(diào)制技術(shù)作為其物理層（PRY）標準，歐洲電信標準協(xié)會的寬帶射頻接入網(wǎng)（Broad Radio Access Network， BRAN）的局域網(wǎng)標準也采用OFDM技術(shù)。在我國，信息產(chǎn)業(yè)部無線電管理局也于2001年8月31日批準了中國網(wǎng)通開展OFDM固定無線接入系統(tǒng)CelerFlex的試驗，該系統(tǒng)目前己經(jīng)開通 ，并進行了必要的測試和業(yè)務演示。

　　目前，人們開始集中精力研究和開發(fā)OFDM在無線移動通信領域的應用，并將 OFDM技術(shù)與多種多址技術(shù)相結(jié)合。此外，OFDM技術(shù)還易于結(jié)合空時編碼以及智能天線等技術(shù)，最大程度提高物理層信息傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

　　OFDM應用于短波通信的優(yōu)勢

　　近年來 ，隨著多載波技術(shù)的深入發(fā)展，國內(nèi)許多單位也開始著手研究基于 OFDM 技術(shù)的短波通信電臺，以發(fā)揮OFDM技術(shù)的優(yōu)勢，提高短波通信的抗截獲性和傳輸?shù)目煽啃?。將OFDM應用于短波通信有較大的優(yōu)勢，主要表現(xiàn)為：

　?。?）通過對高速率數(shù)據(jù)流進行串并轉(zhuǎn)換，增加了每個子載波上的數(shù)據(jù)符號持續(xù)時間，即增加了數(shù)據(jù)符號 的比特信噪比，從而提高對抗短波信道的多徑時延的能力 。

　?。?）OFDM使用的子載波問相互正交 ，因此子載波間頻譜可以互相重疊，這極大地提高了頻譜利用率。

　?。?）0FDM能夠有效對抗頻率選擇性衰落和載波間干擾 ，并通過各子信道聯(lián)合編碼 ，實現(xiàn)子信道 間的頻率分集作用 ，從而使系統(tǒng)的整體性能得 以提高。

　?。?）OFDM易于 與空時編碼、分集、干擾抑制、智能天線技術(shù)等結(jié)合 ，以便最大限度地提高物理層信息傳輸?shù)目煽啃?。但?，OFDM系統(tǒng)的輸 出信 號是多個正交的子載波信號的疊加，因此與單載波系統(tǒng)相比，具有對頻率偏移比較敏感和峰值平均功率比較高的缺陷。