正交頻分復(fù)用介紹

正交頻分復(fù)用-OFDM介紹1正交頻分復(fù)用-OFDM介紹21.OFDM技術(shù)簡介2.OFDM技術(shù)基本原理3.OFDM技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)4.OFDM技術(shù)的應(yīng)用與展望目錄

基本概念OFDM技術(shù)簡介：

OFDM是一種高速數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，該技術(shù)的基本原理是將高速串行數(shù)據(jù)變換成多路相對(duì)低速的并行數(shù)據(jù)并對(duì)不同的載波進(jìn)行調(diào)制。這種并行傳輸體制大大擴(kuò)展了符號(hào)的脈沖寬度，提高了抗多徑衰落等惡劣傳輸條件的性能。傳統(tǒng)的頻分復(fù)用方法中各個(gè)子載波的頻譜是互不重疊的，需要使用大量的發(fā)送濾波器和接受濾波器，這樣就大大增加了系統(tǒng)的復(fù)雜度和成本。同時(shí)，為了減小各個(gè)子載波間的相互串?dāng)_，各子載波間必須保持足夠的頻率間隔，這樣會(huì)降低系統(tǒng)的頻率利用率。而現(xiàn)代OFDM系統(tǒng)采用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，各子載波的產(chǎn)生和接收都由數(shù)字信號(hào)處理算法完成，極大地簡化了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。同時(shí)為了提高頻譜利用率，使各子載波上的頻譜相互重疊，但這些頻譜在整個(gè)符。

3基本概念號(hào)周期內(nèi)滿足正交性，從而保證接收端能夠不失真地復(fù)原信號(hào)。當(dāng)傳輸信道中出現(xiàn)多徑傳播時(shí)，接收子載波間的正交性就會(huì)被破壞，使得每個(gè)子載波上的前后傳輸符號(hào)間以及各個(gè)子載波間發(fā)生相互干擾。為解決這個(gè)問題，在每個(gè)OFDM傳輸信號(hào)前面插入一個(gè)保護(hù)間隔，它是由OFDM信號(hào)進(jìn)行周期擴(kuò)展得到的。只要多徑時(shí)延超過保護(hù)間隔，子載波間的正交性就不會(huì)被破壞。4

基本概念OFDM技術(shù)基本原理：

一個(gè)完整的OFDM系統(tǒng)原理如圖1所示。OFDM的基本思想是將串行數(shù)據(jù)，并行地調(diào)制在多個(gè)正交的子載波上，這樣可以降低每個(gè)子載波的碼元速率，增大碼元的符號(hào)周期，提高系統(tǒng)的抗衰落和干擾能力，同時(shí)由于每個(gè)子載波的正交性，大大提高了頻譜的利用率，所以非常適合移動(dòng)場合中的高速傳輸。圖1OFDM系統(tǒng)原理框圖5

基本概念6

在發(fā)送端，輸入的高比特流通過調(diào)制映射產(chǎn)生調(diào)制信號(hào)，經(jīng)過串并轉(zhuǎn)換變成N條并行的低速子數(shù)據(jù)流，每N個(gè)并行數(shù)據(jù)構(gòu)成一個(gè)OFDM符號(hào)。插入導(dǎo)頻信號(hào)后經(jīng)快速傅里葉反變換(IFFT)對(duì)每個(gè)OFDM符號(hào)的N個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制，變成時(shí)域信號(hào)為：式中：m為頻域上的離散點(diǎn)；n為時(shí)域上的離散點(diǎn)；N為載波數(shù)目。為了在接收端有效抑制碼間干擾(InterSymbol

Interference，ISI)，通常要在每一時(shí)域OFDM符號(hào)前加上保護(hù)間隔(Guard

Interval，GI)。加保護(hù)間隔后的信號(hào)可表示為式(2)，最后信號(hào)經(jīng)并／串變換及D／A轉(zhuǎn)換，由發(fā)送天線發(fā)送基本概念7出去。接收端將接收的信號(hào)進(jìn)行處理，完成定時(shí)同步和載波同步。經(jīng)A／D轉(zhuǎn)換，串并轉(zhuǎn)換后的信號(hào)可表示為：

yGI(n)=xGI(n)*h(n)+z(n)+w(n)(3)

然后，在除去CP后進(jìn)行FFT解調(diào)，同時(shí)進(jìn)行信道估計(jì)(依據(jù)插入的導(dǎo)頻信號(hào))，接著將信道估計(jì)值和FFT解調(diào)值一同送入檢測(cè)器進(jìn)行相干檢測(cè)，檢測(cè)出每個(gè)子載波上的信息符號(hào)，最后通過反映射及信道譯碼恢復(fù)出原始比特流。

基本概念OFDM技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)：

1.OFDM技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：首先，抗衰落能力強(qiáng)。OFDM把用戶信息通過多個(gè)子載波傳輸，在每個(gè)子載波上的信號(hào)時(shí)間就相應(yīng)地比同速率的單載波系統(tǒng)上的信號(hào)時(shí)間長很多倍，使OFDM對(duì)脈沖噪聲（ImpulseNoise）和信道快衰落的抵抗力更強(qiáng)。同時(shí)，通過子載波的聯(lián)合編碼，達(dá)到了子信道間的頻率分集的作用，也增強(qiáng)了對(duì)脈沖噪聲和信道快衰落的抵抗力。因此，如果衰落不是特別嚴(yán)重，就沒有必要再添加時(shí)域均衡器。8基本概念其次，頻率利用率高。OFDM允許重疊的正交子載波作為子信道，而不是傳統(tǒng)的利用保護(hù)頻帶分離子信道的方式，提高了頻率利用效率。再者，適合高速數(shù)據(jù)傳輸。OFDM自適應(yīng)調(diào)制機(jī)制使不同的子載波可以按照信道情況和噪音背景的不同使用不同的調(diào)制方式。當(dāng)信道條件好的時(shí)候，采用效率高的調(diào)制方式。當(dāng)信道條件差的時(shí)候，采用抗干擾能力強(qiáng)的調(diào)制方式。再有，OFDM加載算法的采用，使系統(tǒng)可以把更多的數(shù)據(jù)集中放在條件好的信道上以高速率進(jìn)行傳送。因此，OFDM技術(shù)非常適合高速數(shù)據(jù)傳輸。9其次，頻率利用率高。OFDM允許重疊的正交子載波作為子信道，而不是傳統(tǒng)的利用保護(hù)頻帶分離子信道的方式，提高了頻率利用效率。再者，適合高速數(shù)據(jù)傳輸。OFDM自適應(yīng)調(diào)制機(jī)制使不同的子載波可以按照信道情況和噪音背景的不同使用不同的調(diào)制方式。當(dāng)信道條件好的時(shí)候，采用效率高的調(diào)制方式。當(dāng)信道條件差的時(shí)候，采用抗干擾能力強(qiáng)的調(diào)制方式。再有，OFDM加載算法的采用，使系統(tǒng)可以把更多的數(shù)據(jù)集中放在條件好的信道上以高速率進(jìn)行傳送。因此，OFDM技術(shù)非常適合高速數(shù)據(jù)傳輸?；靖拍?.OFDM技術(shù)的缺點(diǎn)：

（1）

對(duì)頻率偏移和相位噪聲很敏感。

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

不過近年來，圍繞OFDM存在的兩個(gè)缺陷，業(yè)內(nèi)人士進(jìn)行了大量研究工作，并且已經(jīng)取得了進(jìn)展。OFDM技術(shù)既可用于移動(dòng)的無線網(wǎng)絡(luò)，也可以用于固定的無線網(wǎng)絡(luò)，它通過在樓層、使用者、交通工具和現(xiàn)場之間的信號(hào)切換，有效地解決了其中的信息沖突問題。

盡管OFDM技術(shù)已經(jīng)是比較成熟，并在一些領(lǐng)域也10基本概念取得成功的應(yīng)用，但尚有許多問題須待深入研究以進(jìn)一步提高其技術(shù)性能。多年來，圍繞基于DFT（或FFT）的OFDM的關(guān)鍵技術(shù)，如同步、信道估計(jì)、均衡、功率控制等方面一直在探索更優(yōu)的方案，這些研究使OFDM技術(shù)欲加成熟和完善。11基本概念

OFDM技術(shù)的應(yīng)用與展望：

OFDM技術(shù)由于其頻譜利用率高、成本低等原因越來越得到人們的關(guān)注，為滿足未來無線多媒體通信需求，人們?cè)诩泳o實(shí)現(xiàn)3G系統(tǒng)商業(yè)化的同時(shí)，已經(jīng)開始進(jìn)行4G(Beyond

3G)的研究。隨著人們對(duì)于通信數(shù)據(jù)化、寬帶化、個(gè)人化和移動(dòng)化的需求，OFDM技術(shù)在固定無線接入領(lǐng)域和移動(dòng)接入領(lǐng)域?qū)⒃絹碓降玫綇V泛的應(yīng)用。許多大學(xué)、著名公司已充分認(rèn)識(shí)到OFDM技術(shù)的應(yīng)用前景。紛紛開展了對(duì)無線OFDM的研究工作，除了解決OFDM的同步、峰平比高等傳統(tǒng)難題外，還包括OFD