詳解正交頻分復(fù)用技術(shù)及其應(yīng)用

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上詳解正交頻分復(fù)用技術(shù)及其應(yīng)用頻分復(fù)用(FDM，F(xiàn)requencyDivisionMultiplexing)就是將用于傳輸信道的總帶寬劃分成若干個(gè)子頻帶(或稱子信道)，每一個(gè)子信道傳輸1路信號(hào)。頻分復(fù)用要求總頻率寬度大于各個(gè)子信道頻率之和，同時(shí)為了保證各子信道中所傳輸?shù)男盘?hào)互不干擾，應(yīng)在各子信道之間設(shè)立隔離帶，這樣就保證了各路信號(hào)互不干擾。頻分復(fù)用技術(shù)的特點(diǎn)是所有子信道傳輸?shù)男盘?hào)以并行的方式工作，每一路信號(hào)傳輸時(shí)可不考慮傳輸時(shí)延。頻分復(fù)用技術(shù)除傳統(tǒng)意義上的頻分復(fù)頻分復(fù)用(FDM，F(xiàn)requency Division Multiplexing)就是將用于傳輸信道的總帶寬劃

2、分成若干個(gè)子頻帶(或稱子信道)，每一個(gè)子信道傳輸1路信號(hào)。頻分復(fù)用要求總頻率寬度大于各個(gè)子信道頻率之和，同時(shí)為了保證各子信道中所傳輸?shù)男盘?hào)互不干擾，應(yīng)在各子信道之間設(shè)立隔離帶，這樣就保證了各路信號(hào)互不干擾。頻分復(fù)用技術(shù)的特點(diǎn)是所有子信道傳輸?shù)男盘?hào)以并行的方式工作，每一路信號(hào)傳輸時(shí)可不考慮傳輸時(shí)延。頻分復(fù)用技術(shù)除傳統(tǒng)意義上的頻分復(fù)用(FDM)外，還有一種是正交頻分復(fù)用(OFDM)，本文主要介紹正交頻分復(fù)用(OFDM ，Orthogonal Frequency Division Multiplexing)。 傳統(tǒng)的頻分復(fù)用（FDM）的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單、直接。但是頻譜的利用率低，子信道之間要留有保護(hù)頻帶，

3、而且在頻分路數(shù)N較大時(shí)多個(gè)濾波器的實(shí)現(xiàn)使系統(tǒng)復(fù)雜化。 正交頻分復(fù)用（OFDM）技術(shù)的基本思想就是在頻域內(nèi)將所給信道分成許多正交子信道，在每一個(gè)子信道上使用一個(gè)子載波進(jìn)行調(diào)制，并且各子載波并行傳輸，這樣，盡管總的信道并非平坦的，也就是說(shuō)，具有頻率選擇性，但是每個(gè)子信道是相對(duì)平坦的，并且在每個(gè)信道上進(jìn)行的是窄帶傳輸，信號(hào)帶寬小于信道的相關(guān)帶寬，因此可以大大消除符號(hào)間干擾。 OFDM實(shí)際是一種多載波數(shù)字調(diào)制技術(shù)。OFDM全部載波頻率有相等的頻率間隔，它們是一個(gè)基本振蕩頻率的整數(shù)倍，正交指各個(gè)載波的信號(hào)頻譜是正交的。 OFDM系統(tǒng)比傳統(tǒng)FDM系統(tǒng)要求的帶寬要小得多。由于OFDM使用無(wú)干擾正交載波技術(shù)，

4、單個(gè)載波間無(wú)需保護(hù)頻帶，這樣使得可用頻譜的使用效率更高。另外，OFDM技術(shù)可動(dòng)態(tài)分配在子信道中的數(shù)據(jù)，為獲得最大的數(shù)據(jù)吞吐量，多載波調(diào)制器可以智能地分配更多的數(shù)據(jù)到噪聲小的子信道上。 目前OFDM技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于廣播式的音頻和視頻領(lǐng)域以及通信系統(tǒng)中。 1 OFDM技術(shù)的優(yōu)點(diǎn) （1）OFDM技術(shù)實(shí)現(xiàn)了多載波調(diào)制（MCM），克服了多徑接收，提高了系統(tǒng)的傳輸碼率。 （2）OFDM技術(shù)將給定信道分成許多正交子信道，在每個(gè)子信道上使用一個(gè)子載波進(jìn)行調(diào)制，并且各子載波并行傳輸，大大消除信號(hào)波形間的干擾，也提高了頻譜效率。 （3）OFDM技術(shù)可適應(yīng)不同設(shè)計(jì)需求，靈活分配數(shù)據(jù)容量和功率，便于提供靈活的高速和

5、變速綜合數(shù)據(jù)傳輸。 （4）OFDM技術(shù)能提供較大的系統(tǒng)容量，且具有較強(qiáng)的抗多徑干擾、抗頻率選擇性衰落和頻率擴(kuò)散能力，適應(yīng)多徑和移動(dòng)信道傳播條件。 （5）OFDM技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)較高的安全傳輸性能，它允許數(shù)據(jù)在高速的射頻上編碼。 （6）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。能動(dòng)態(tài)地接通或切斷相應(yīng)的載波，以保證持續(xù)地進(jìn)行成功的通信。? 2 OFDM技術(shù)的缺點(diǎn) 盡管OFDM有很大的優(yōu)點(diǎn)，在技術(shù)上也還存在兩個(gè)缺點(diǎn)： (1) OFDM的基礎(chǔ)是子載波必須滿足正交，如果正交性惡化，則整個(gè)系統(tǒng)的性能會(huì)嚴(yán)重下降，產(chǎn)生OFDM特有的子載波間串?dāng)_。在實(shí)際工作中由于無(wú)線衰落信道的時(shí)變性，往往會(huì)造成頻

6、率彌散，引起多普勒頻移效應(yīng)，從而影響載波頻率正交性。如何實(shí)現(xiàn)子載波的精確同步是OFDM技術(shù)中的一個(gè)難點(diǎn)。 (2) OFDM信號(hào)呈現(xiàn)很大的峰值平均功率比（PAPR），比單載波系統(tǒng)需要更寬的線性范圍。由于采用 DFT實(shí)現(xiàn)調(diào)制和解調(diào)，故對(duì)載波頻率偏移、相位噪聲和非線性放大更為敏感。若要避免信號(hào)失真和頻譜擴(kuò)展，則需要?jiǎng)討B(tài)范圍很大的線性放大器。如何降低信號(hào)的峰值平均功率比是OFDM技術(shù)中的另一個(gè)難點(diǎn)。 由于上述原因，OFDM要求昂貴的、高精度的無(wú)線電器件。 3 OFDM在ADSL中的應(yīng)用 ADSL使用了正交頻分復(fù)用技術(shù)將話音與數(shù)據(jù)分開，雖然話音與數(shù)據(jù)在同一條電話線上，但是話音和數(shù)據(jù)分別在不同的頻帶上運(yùn)行

7、，所以互不干擾。即使邊打電話邊上網(wǎng)，也不會(huì)發(fā)生上網(wǎng)速率下降，通話質(zhì)量下降的情況。 FLASHOFDM是Flarion為了在主網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)使用IP網(wǎng)絡(luò)的永久接入服務(wù)而開發(fā)的傳輸技術(shù)。由于用戶在高速互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)中可以無(wú)線方式永久接入，因此還被稱為“無(wú)線版ADSL”。Nextel從2002年便開始對(duì)FLASHOFDM進(jìn)行技術(shù)檢測(cè)和傳輸試驗(yàn)，韓國(guó)也有多家通信運(yùn)營(yíng)商進(jìn)行試驗(yàn)服務(wù)。 4 OFDM在電力線通信中的應(yīng)用 電力線通信技術(shù)簡(jiǎn)稱PLC (Power Line Communication)是指利用電力線傳輸數(shù)據(jù)和話音信號(hào)的一種通信方式。目前只需通過(guò)連接在電腦上的“電力貓”，再插入家中任何一個(gè)電源插座，就

8、可以實(shí)現(xiàn)最高14M的速度上網(wǎng)沖浪，這一速度比ADSL目前最高限速512k快20多倍，而且使用成本低廉。 然而，電力線作為通信信道，存在著高噪聲、多徑效應(yīng)和衰落的特點(diǎn)。OFDM技術(shù)能夠在抗多徑干擾、信號(hào)衰減的同時(shí)保持較高的數(shù)據(jù)傳輸速率，在具體實(shí)現(xiàn)中還能夠利用離散傅立葉變換簡(jiǎn)化調(diào)制解調(diào)模塊的復(fù)雜度。OFDM技術(shù)用于提高電力線網(wǎng)絡(luò)的傳輸質(zhì)量，即使在配電網(wǎng)受到嚴(yán)重干擾時(shí)，OFDM仍可提供帶寬并且保證帶寬傳輸效率。因此它在電力線高速通信系統(tǒng)中的應(yīng)用有著非常樂(lè)觀的前景。 5 OFDM在有線電視網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用 目前，為了提供上行回傳信道，HFC接入網(wǎng)可采用SDM(空分復(fù)用法)、TDM(時(shí)分復(fù)用法)、WDM(波

9、分復(fù)用法)和OFDM(正交頻分復(fù)用法)等方式。但目前解決同軸電纜分配網(wǎng)雙向傳輸?shù)闹饕侄芜€是正交頻分復(fù)用法。 空分復(fù)用法是采用雙電纜線完成光節(jié)點(diǎn)以下信號(hào)的上下行傳輸，對(duì)于有線電視網(wǎng)來(lái)說(shuō)，鋪設(shè)雙同軸電纜來(lái)完成雙向傳輸，成本太高。 時(shí)分復(fù)用法是在相同的傳輸介質(zhì)上，對(duì)上行和下行信號(hào)進(jìn)行時(shí)分復(fù)用，由于其技術(shù)較復(fù)雜，成本也較高，所以實(shí)際應(yīng)用也不很廣泛。 波分復(fù)用法是采用單根光纖異波長(zhǎng)雙工工作方式，使上下行信號(hào)采用不同的光波長(zhǎng)傳送，波分復(fù)用法可用于光纖干線傳輸網(wǎng)部分。 正交頻分復(fù)用法是將光節(jié)點(diǎn)以下的電纜的工作頻率作頻率分割，利用不同的頻段實(shí)現(xiàn)上下行信號(hào)的同時(shí)傳輸，一般低頻段用于上行信道，高頻段用于下行信道

10、，上下行頻段的分割點(diǎn)頻率的高低，主要取決于HFC接入網(wǎng)要實(shí)現(xiàn)的功能和所需傳輸?shù)男畔⒘俊?另外，在HFC的共享設(shè)施上，數(shù)據(jù)的上行面臨噪音對(duì)信號(hào)的干擾問(wèn)題。信號(hào)抗干擾的能力取決于系統(tǒng)所采用的信號(hào)復(fù)用技術(shù)。寬帶網(wǎng)絡(luò)可以采用兩種信號(hào)復(fù)用技術(shù)：TDM（時(shí)分復(fù)用）和OFDM（正交頻分復(fù)用）。 舉個(gè)例子，在一個(gè)頻率較大的射頻載波上可以分出許多個(gè)DS-0信道。而對(duì)載波中任意部分的干擾都會(huì)破壞載波所承載的信號(hào)。這種情況會(huì)對(duì)TDM用戶帶來(lái)嚴(yán)重的通信可靠性問(wèn)題，原因就在于窄帶干擾總是隨時(shí)隨機(jī)出現(xiàn)。 在理論上，避免干擾可以采用變頻技術(shù)?？墒?，TDM采用的通信頻帶的大小必須和留作用來(lái)匹配變頻的頻帶一樣大。保留這么大的頻

11、帶會(huì)嚴(yán)重地降低本已經(jīng)存在局限的上行信道的信息承載能力。 OFDM技術(shù)，采用的措施則不同。它們?cè)诿總€(gè)信道中可以劃分出多達(dá)240個(gè)的DS-0，但同時(shí)把每一個(gè)DS-0都放在了它自己所在的窄帶頻率載波上。 單一的頻率載波容易受到窄帶干擾的影響，但是，把使用QPSK（四相移鍵控）的大量DS-0鎖定的同類干擾卻只能影響一個(gè)使用OFDM的DS-0，而其他DS-0則不受影響。這樣，只需要在信道上保留一個(gè)小頻段專門用來(lái)給受到影響的頻率進(jìn)行變頻，而其他幾乎所有的DS-0就都可以充分利用信道上的可用帶寬了。當(dāng)檢測(cè)出對(duì)頻率載波的干擾之后，受影響的DS-0即可重新分配給保留的載波之一傳輸，通常情況下不會(huì)引發(fā)線路的斷開。 TDM承載的信號(hào)特別容易受到脈沖干擾的影響。因?yàn)槊總€(gè)TDM時(shí)隙都擁有完整的2MHz帶寬，信號(hào)速度必須很高。因此每個(gè)信號(hào)的持續(xù)時(shí)間都很短，信號(hào)就容易被短暫的脈沖噪音所覆蓋。 另一方面，OFDM可以同時(shí)傳輸很多信號(hào)、容許更長(zhǎng)的符號(hào)周期卻并不降低信息量。所以，在符號(hào)周期比較長(zhǎng)的前提下，通常的脈沖比它能中斷的符號(hào)周期短得多。結(jié)果載波噪音比的參數(shù)值就相當(dāng)高，所以信息也可以保持其完整性和準(zhǔn)確度了。假設(shè)載波噪音比確實(shí)因?yàn)檩^大的