OFDM技術介紹

　　OFDM是一種特殊的多載波傳輸方案，可 以被看作是一種調制技術，也可以被當作是一種復用技術，多載波傳輸把數據流分解成若干子數據流 ，這樣每個子數據流將具有 比較低的比特速率，用這樣的低 比特率形成 的低速率 多狀態符號再去調制相應 的子載波 ，就構成多個低速率符號并行發送 的傳輸 系統 。正交頻分復用是對傳統多載波調制 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 中，某一時刻只會有少部分 的子通道受到深衰落的影響。

　　OFDM系統收發機 的發送端將被傳輸 的數字信號轉換成子載波幅度和相位 的映像，并進行 IDFT將數據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。其 中，上半部分對應于發射機鏈路，下半部分對應于接收機鏈路。 由于 FFT操作類似于 IFFT，因此發射機和接收機可 以使用同一硬設備 。當然，這種復雜性 的節約使得該收發機不能同時進 行發送和接收操作。

　　接收端進行與發送端相反的操作，首先進行射頻解調，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換回數字信 號。IFFT和 FFT互為反變換，選擇適當的變換將信號接收或發送 。當信號獨 立于系統 時，FFT和IFFT可以被交替使用.

　　OFDM技術的應用

　　數字音頻廣播工程（DAB）

　　歐洲的DAB成功使用了OFDM技術。為了克服多個基站可能產生的重聲現象，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，實現了單頻網廣播，大大減少了整個廣播網占用的頻帶寬度。

　　高清晰度電視（HDTV）

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

　　衛星通信

　　VSAT（小型地面衛星站）使用了OFDM技術。由于通信衛星是處于赤道上空的靜止衛星，因此OFDM無需設置保護間隔，利用DFT技術實現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送不同的信息。

　　纖／同軸混合網（HFC）

　　OFDM被應用到有線電視網中，在干線上采用光纖傳輸，而用戶分配網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大致為幾微秒至數十微秒，這會帶來碼間串擾，惡化系統性能。近年來，國外已有人研究采用多載波并傳１６ＱＡＭ調制的移動通信系統。將OFDM技術和交織技術、信道編碼技術相結合，可以有效對抗碼間干擾，這已成為移動通信環境中抗衰落技術的研究方向。OFDM技術是近年來得到迅速發展的通信技術之一，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系統中，采用一組正交函數作為副載波，需要使用大量的正弦波發生器及調制解調器等，系統復雜，成本高。采用傅立葉變換方式可以有效地降低系統復雜度，減小系統成本。對這兩種實現方式的計算機仿真表明，兩種方式具有相同的系統效果。

　　無線局域網（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，其中規定使用三種不同的物理層標準——直接序列擴頻、調頻和紅外，可以提供2Mbit/s的數據速率。IEEE 802.11a工作在5GHz頻段，利用OFDM作為物理層技術，提供6Gbit/s到54Gbit/s的數據速率。

　　OFDM技術的發展及現狀

　　正交頻分復用是一種把高速率的串行數據通過頻分復用來實現并行傳輸的多載波傳輸技術，其思想早在20世紀60年代就己經提出了，但由于并行傳輸系統需要基帶成形捧波器陣列，正弦波載波發生器陣列及相干解調陣列，采用傳統的模擬的方法實現是相當復雜的、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）來實現多載波調制，人們開始研究并行傳輸的多載波系統的數字化實現方法，將DFT運用到OFDM的調制解調中，為OFDM的實用化奠定了基礎，大大簡化了多載波技術的實現。運用DFT實現的OFDM系統的發送端不需要多套的正弦發生器，而接收端也不需要用多個帶通濾波器來檢測各路子載波，但由于當時的數字信號處理技術的限制，OFDM 技術并沒有得到廣泛應用。80年代，人們對多載波調制在高速調制解調器、數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展。

　　近年來由于數字信號處理技術 （Digital Signal Processing， DSP）和大規模集成電路CPLD技術的飛速發展，使得當載波數目高達幾千時也可以通過專用芯片來實現其DFT變換，大大推動了OFDM技術在無線通信環境中的實用化，OFDM技術在高速數據傳輸領域受到了人們的廣泛關注。OFDM已經成功的應用于數字音頻廣播系統 （Digital Audio Broadcasting， DAB）、數字視頻廣播系統（Digital Video Broadcasting， DVB）、無線電局域網（ Wireless Local Area Network， WLAN），非對稱數字用戶環路ADSL （Asymmetric Digital Subscriber Line）等系統中。1995年，歐洲電信標準協會（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的無線局域網標準，其中采用了OFDM 調制技術作為其物理層（PRY）標準，歐洲電信標準協會的寬帶射頻接入網（Broad Radio Access Network， BRAN）的局域網標準也采用OFDM技術。在我國，信息產業部無線電管理局也于2001年8月31日批準了中國網通開展OFDM固定無線接入系統CelerFlex的試驗，該系統目前己經開通 ，并進行了必要的測試和業務演示。

　　目前，人們開始集中精力研究和開發OFDM在無線移動通信領域的應用，并將 OFDM技術與多種多址技術相結合。此外，OFDM技術還易于結合空時編碼以及智能天線等技術，最大程度提高物理層信息傳輸的可靠性。

　　OFDM應用于短波通信的優勢

　　近年來 ，隨著多載波技術的深入發展，國內許多單位也開始著手研究基于 OFDM 技術的短波通信電臺，以發揮OFDM技術的優勢，提高短波通信的抗截獲性和傳輸的可靠性。將OFDM應用于短波通信有較大的優勢，主要表現為：

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

　　（2）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。

　　（3）0FDM能夠有效對抗頻率選擇性衰落和載波間干擾 ，并通過各子信道聯合編碼 ，實現子信道 間的頻率分集作用 ，從而使系統的整體性能得 以提高。

　　（4）OFDM易于 與空時編碼、分集、干擾抑制、智能天線技術等結合 ，以便最大限度地提高物理層信息傳輸的可靠性。但是 ，OFDM系統的輸 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。