正交頻分復(fù)用技術(shù)原理及應(yīng)用

汪娟

摘要：正交頻分復(fù)用技術(shù) (Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)是目前應(yīng)用最廣泛的多載波調(diào)制技術(shù)之一。隨著集成數(shù)字電路和數(shù)字信號(hào)處理器件的迅猛發(fā)展，在移動(dòng)通信和其他寬帶無(wú)線技術(shù)中OFDM獲得廣泛應(yīng)用。本文主要介紹OFDM技術(shù)的原理及其在多方面的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：OFDM，調(diào)制技術(shù)，4G

引言

正交頻分復(fù)用技術(shù)是一種特殊的多載波傳輸方案，它可以被看作是一種調(diào)制技術(shù)，也可以被當(dāng)作是一種復(fù)用技術(shù)。隨著大規(guī)模集成電路讓FFT技術(shù)的實(shí)現(xiàn)不再是難以逾越的障礙，一些其它難以實(shí)現(xiàn)的困難也部得到了解決，OFDM廣泛應(yīng)用于通信技術(shù)的各個(gè)領(lǐng)域。

1正交頻分復(fù)用技術(shù)的基本原理

正交頻分復(fù)用是目前應(yīng)用最廣泛的多載波調(diào)制技術(shù)之一。正交頻分復(fù)用的基本思想是：將信道分成若干個(gè)正交子信道，將高速數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換成并行的低速子數(shù)據(jù)流，調(diào)制到每個(gè)信道上進(jìn)行傳輸。

當(dāng)調(diào)制信號(hào)通過(guò)無(wú)線信道到達(dá)接收端時(shí)，由于信道多徑效應(yīng)帶來(lái)的碼間串?dāng)_（ISI）的作用，子載波之間不再保持良好的正交狀態(tài)，因而發(fā)送前需要在碼元間插入保護(hù)間隔。如果保護(hù)間隔大于最大時(shí)延擴(kuò)展，則所有時(shí)延小于保護(hù)間隔的多徑信號(hào)將不會(huì)延伸到下一個(gè)碼元期間，從而有效地消除了碼間串?dāng)_。

2 正交頻分復(fù)用技術(shù)技術(shù)的應(yīng)用

2.1地面廣播傳輸中的應(yīng)用

因?yàn)閿?shù)字廣播系統(tǒng)的音頻和視頻編碼朝著國(guó)際上同一的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展，所以數(shù)字外部廣播鏈路的信源編碼采用同一標(biāo)準(zhǔn)。信源的比特率要在傳輸容量與信源的質(zhì)量之間找到一個(gè)平衡點(diǎn)。DTT中的ODFM的有效碼元的長(zhǎng)度要考慮傳播路徑的延時(shí)和時(shí)變衰減。同時(shí)這個(gè)參數(shù)還取決于硬件的限制。如FFT載波的個(gè)數(shù)和大規(guī)模集成電路處理的速度。假定采用統(tǒng)一的帶寬，增加有效的碼元長(zhǎng)度和保護(hù)間隔同增加FFT的載波數(shù)可以達(dá)到一樣的效果。硬件技術(shù)的發(fā)展對(duì)OFDM裝置性能的改善起著重要的作用。保護(hù)間隔的長(zhǎng)度大于最大的多徑延遲是可取的，但是在DTT中保護(hù)間隔的長(zhǎng)度不能取得太長(zhǎng)。因?yàn)樵贒TT中，即使在保護(hù)間隔內(nèi)，也會(huì)有短延遲的多徑信號(hào)和嚴(yán)重的錯(cuò)誤出現(xiàn)，所以有必要確定保護(hù)間隔的長(zhǎng)度以避免冗余碼不能進(jìn)行充分的糾錯(cuò)。小的裝置和低功耗是實(shí)際應(yīng)用中要考慮的主要因素，因此，必須盡量將數(shù)字處理部分集成到大規(guī)模集成電路上。傳統(tǒng)情況下，在大規(guī)模的電視直播傳輸中需要大量的接收基站和定向天線。當(dāng)應(yīng)用OFDM-DTT時(shí)，可以減少基站的數(shù)量并應(yīng)用非定向的天線。由于它的良好的抗多徑傳播性能，OFDM調(diào)制方案還能夠形成單一頻率網(wǎng)絡(luò)。

2.2電力線通信中的應(yīng)用

電力線不同于普通的數(shù)據(jù)通信線路,當(dāng)作為一種數(shù)據(jù)傳輸?shù)拿浇闀r(shí)遇到許多干擾，為了克服各種干擾,電力線通信（PLC）系統(tǒng)主要采用OFDM等調(diào)制技術(shù)。 OFDM調(diào)制技術(shù)可以高效利用帶寬，因此可采用更先進(jìn)的通道編碼技術(shù)，能夠在窄帶干擾、脈沖噪聲和頻率選擇性衰減的情況下提供非?？煽康耐ㄐ?。在電力線通信中應(yīng)用OFDM技術(shù)，其顯著特點(diǎn)如下:

(1) 電力線的突發(fā)干擾(非白噪聲干擾) 較大且頻繁,OFDM抗非白噪聲干擾能力較強(qiáng)。

(2) OFDM可以適應(yīng)多媒體不同業(yè)務(wù)對(duì)誤碼的要求。由于不同業(yè)務(wù)對(duì)可接受的比特誤碼率也不一致,因此在OFDM方式中,可以用不同的載波來(lái)傳送不同要求的業(yè)務(wù)。在噪聲相同時(shí),要求傳輸誤碼率低的業(yè)務(wù)可用傳輸效率較低的調(diào)制方式；允許傳輸誤碼率大一些的業(yè)務(wù),則可采用效率較高的調(diào)制方式。這樣使得信道得到充分地利用。這一點(diǎn)在單載波的應(yīng)用情況下是難以做到的。

(3) 減少和克服吸收峰的影響。電力線由于分支和接入設(shè)備不同,在某些頻率會(huì)出現(xiàn)吸收峰,峰值點(diǎn)的衰減較大。在OFDM中這些頻率點(diǎn)附近的載波就可以降低傳輸速率,以適應(yīng)信道變化,但總的損失不大。

2.3 寬帶無(wú)線網(wǎng)中的應(yīng)用

OFDM技術(shù)應(yīng)用于無(wú)線局域網(wǎng)IEEE 802.11和HiperLAN2，以及無(wú)線城域網(wǎng)IEEE 802.16等系統(tǒng)。

在802.11a標(biāo)準(zhǔn)中，OFDM在20MHz頻段能夠提供高達(dá)54Mbit/s速率的原始數(shù)據(jù)傳輸。802.16a標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中明確定義了OFDM 技術(shù)作為無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸方式。IEEE 802.16a標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在特許頻段，可以使用單載波調(diào)制或正交頻分復(fù)用，對(duì)于非特許頻段，必須使用正交頻分復(fù)用調(diào)制方式。

2.4 4G中的應(yīng)用

4G中，OFDM 將與MIMO(Multiple-input Multipleoutput，多輸入多輸出天線技術(shù))相結(jié)合。與目前使用天線不同，MIMO 技術(shù)在發(fā)送端將要發(fā)送的信息空時(shí)編碼(Space-Time Coding，STC)形成多個(gè)信息流，再用多天線發(fā)送，在接收端用多個(gè)天線接收，這樣就能利用信道傳輸中的多徑分量，在不需要增加頻譜資源和天線發(fā)射功率的情況下可以成倍地提高信道容量，但MIMO技術(shù)對(duì)頻率選擇性衰落無(wú)能為力，而OFDM 在這方面有其獨(dú)到優(yōu)勢(shì)，因而兩者的結(jié)合將會(huì)發(fā)揮更大的優(yōu)勢(shì)，成為實(shí)現(xiàn)4G中的更有效的方法。

3 總結(jié)

OFDM技術(shù)由于其抗干擾能力強(qiáng)、頻譜利用率高、成本低等原因越來(lái)越得到人們的關(guān)注，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)在在移動(dòng)通信領(lǐng)域，在無(wú)線寬帶接人以及第4代移動(dòng)通信領(lǐng)域?qū)⒌玫皆絹?lái)越廣泛的應(yīng)用。

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