OFDM技術(shù),OFDM技術(shù)原理是什么?

基本定義或原理：

OFDM是 Orthogonal Frequency Division Multiplexing的縮寫，即正交頻分復(fù)用，是一種無線環(huán)境下的高速傳輸技術(shù)，也可以看作一種特殊的FDM形式。OFDM 技術(shù)的主要思想就是在頻域內(nèi)將給定信道分成許多正交子信道，在每個子信道上使用一個子載波進行調(diào)制，并且各子載波并行傳輸。對于移動通信，其信道的頻率響應(yīng)曲線大多是非平坦的，具有頻率選擇性，但是每個子信道而言又是相對平坦的，在每個子信道上進行的是窄帶傳輸，信號帶寬小于信道的相應(yīng)帶寬，因此就可以大大消除信號波形間的干擾。由于這種技術(shù)具有在雜波干擾下傳送信號的能力，因此常常會被利用在容易外界干擾或者抵抗外界千擾能力較差的傳輸介質(zhì)中。

OFDM技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用

在一個世紀以前，人們就在一個寬帶信道中，利用多個不同的載波頻率來傳輸許多低速率的信號(如電報信號)。但是在這種情況下，載波頻率之間要相隔足夠遠，還需要一些保護頻帶，以確保載波頻譜不重疊。因此該系統(tǒng)的頻譜效率很低。于是在1957年Doelz等提出了一種各個載波頻率在一個符號周期內(nèi)正交的FDM技術(shù)，它允許載波頻譜重疊，大大提高了系統(tǒng)的頻譜利用率.在1966年，Chang等提出了利用濾波和限制帶寬來保證子載波間的正交性。這種方法來保持OFDM子載波的正交性，實現(xiàn)起來結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，隨著子載波數(shù)的增加，復(fù)雜度也不斷增加，使其沒有受到足夠重視，從而也限制了該技術(shù)的進一步推廣。直到1971年，Weinstein等人提出了基于離散傅立葉變換(DFT)的頻域數(shù)據(jù)傳輸，大大簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，使得OFDM技術(shù)真正被重視起來。之后，圍繞OFDM技術(shù)的研究也相應(yīng)展開。80年代，人們研究了如何將OFDM技術(shù)應(yīng)用于高速MODEM。到90年代，OFDM技術(shù)的研究深入到無線調(diào)頻信道上的寬帶數(shù)據(jù)傳輸。

而今，以O(shè)FDM技術(shù)為核心的各項標準也己制定，如歐洲1997年提出的數(shù)字視頻地面廣播(DVB-T)以及IEEE802.11標準系列，日本1999年提出的地面綜合業(yè)務(wù)數(shù)字廣播ISDB-T等等。并且OFDM技術(shù)在這些標準的前提下，也被廣泛應(yīng)用于高速寬帶數(shù)字通信系統(tǒng)，如非對稱的數(shù)字用戶環(huán)路(ADSL), ETSI標準的數(shù)字音頻廣播(DAB)、數(shù)字視頻廣播(DVB)、高清晰度電視(HDTV)、無線局域網(wǎng)(WLAN)等。

由于人們對通信數(shù)據(jù)化、寬帶化、個人化和移動化的迫切需求，OFDM 技術(shù)在綜合無線接入領(lǐng)域?qū)⒃絹碓降玫綇V泛的應(yīng)用。隨著DSP芯片技術(shù)的發(fā)展，傅立葉變換/反變換、高速Modem采用的64/128/256QAM技術(shù)、柵格編碼技術(shù)、軟判決技術(shù)、信道自適應(yīng)技術(shù)、插入保護時段、減少均衡計算量等成熟技術(shù)的逐步引入，人們已開始集中越來越多的精力開發(fā)OFDM技術(shù)在移動通信領(lǐng)域的應(yīng)用.預(yù)計第三代以后的移動通信的主流技術(shù)將是OFDM技術(shù)。

OFDM優(yōu)點與缺點

OFDM 技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景，如同CDMA作為第三代的核心技術(shù)一樣，OFDM也將會成為第四代移動通信系統(tǒng)的核心技術(shù)。但這之間還有很長一段路程，因為OFDM技術(shù)盡管有很多誘人的優(yōu)勢，但它同樣也具有嚴重的缺點。

OFDM技術(shù)提高了系統(tǒng)的頻譜利用率，它改進了對多載波的調(diào)制，其特點是各子載波相互正交，使擴頻調(diào)制后的頻譜可以相互重疊，從而減小了子載波間的相互干擾。在對每個載波完成調(diào)制以后，為了增加數(shù)據(jù)的吞吐量，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣龋植捎肏omePlug處理技術(shù)，來對所有將要被發(fā)送數(shù)據(jù)信號位的載波進行合并處理，把眾多的單個信號合并成一個獨立的傳輸信號進行發(fā)送。HomePlug技術(shù)通過對獨立的調(diào)制載波和輸電線傳輸介質(zhì)的特性進行比較，來提高OFDM的基本應(yīng)用性能。然后，確定在此傳輸介質(zhì)下哪一個特定的載波存在高的信號衰減或干擾脈沖，而這樣的衰減或脈沖會影響載波成功傳送數(shù)據(jù)的能力.HomePlug技術(shù)據(jù)此自動地確定一個能保證成功通信的門限，以便與傳輸介質(zhì)的特性相適應(yīng)。如果衰減或雜波千擾非常大，使得某個頻率不能進行成功的通信，HomePlug將不會使用此頻率的載波。HomePlug技術(shù)不間斷地監(jiān)控輸電線介質(zhì)上通信特性的突然變化，由于通信路徑傳送數(shù)據(jù)的能力會隨時間發(fā)生變化，所以HomePlug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)地進行成功的通信。另外，OFDM之所以備受關(guān)注，是因為該多載波調(diào)制和解調(diào)可以IDFT和DFT來實現(xiàn)。綜上所述，我們可以歸納OFDM的優(yōu)點如下:

(1) OFDM的最大優(yōu)點是對抗頻率選擇性衰落或窄帶千擾。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。對這些子信道可以采用糾錯碼來進行糾錯。

(2) 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。當信道中因為多徑傳輸而出現(xiàn)頻率選擇性衰落時，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。

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

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

(5)OFDM調(diào)制方式可以用FFT來實現(xiàn)?；谀壳俺墒斓腄SP技術(shù)會使得OFDM的實現(xiàn)更簡單。

盡管擁有這么多的優(yōu)點，但OFDM技術(shù)本身仍然存在兩個嚴重缺陷:

(1)對載波頻率偏移和相位噪聲特別敏感;

(2)當峰值與均值功率比相對較大，這個比值的增大會降低射頻放大器的功率效率。

另外，OFDM 技術(shù)在具體實現(xiàn)中，也存在一些問題需要解決，比如定時同步、采樣頻率偏移以及信道估計均衡等諸多問題。近年來，許多學(xué)者圍繞這些問題進行了大量研究工作，并且也取得了許多進展。