OFDM(正交頻分複用)通訊技術

1、OFDM基礎

OFDM是多載波數字調製技術，它將數據經編碼後調製爲射頻信號。不像常規的單載波技術，如AM/FM(調幅/調頻)在某一時刻只用單一頻率發送單一信號，OFDM在通過特別計算的正交頻率上同時發送多路高速信號。這一結果就如同在噪聲和其它干擾中突發通訊同樣有效利用帶寬。

傳統的FDM(頻分複用)理論將帶寬分紅幾個子信道，中間用保護頻帶來下降干擾，它們同時發送數據。例如：有線電視系統和模擬無線廣播等，接收機必須調諧到相應的臺站。

OFDM系統比傳統的FDM系統要求的帶寬要少得多。因爲使用無干擾正交載波技術，單個載波間無需保護頻帶。這樣使得可用頻譜的使用效率更高。另外，OFDM技術可動態分配在子信道上的數據。爲得到最大的數據吞吐量，多載波調製器能夠智能地分配更多的數據到噪聲小的子信道上。

應用OFDM來克服碼間串擾和鄰頻干擾技術能夠追溯到上世紀60年代中期。然而，長久以來OFDM的實際應用受限於快速富里葉變換器的速度和效率。現在，高性能PLD(可編程邏輯器件)技術的成熟造就了OFDM現階段的應用。

現代單載波調製方式如積分幅度調製(QAM)或積分移相鍵控調製(QPSK)，結合了基本的調幅、調頻、調相技術來提供更高的噪聲抑制和更好的系統吞吐量。利用增長的複雜調製技術要求有高性能的數字邏輯，但也容許系統構造者得到更高的信噪比和接近先農限制的頻譜有效性。

2、OFDM的應用

最近，OFDM已於幾例歐洲無線通訊應用中被採用，如ETSI標準的數字音頻廣播(DAB)、陸地數字視頻廣播(DVB-T)。在美國，OFDM應用於MMDS(多點多信道分佈式服務)。WLAN應用標準IEEE802.11a和ETSI(歐洲通訊標準委員會)的HiperLAN/2標準一樣採用OFDM做爲調製方式。有線應用也一樣採用了基於OFDM的系統，如在xDSL中的離散多音頻系統和有線調製器應用。

基於OFDM的AT&T固定無線寬帶用戶服務到2002年末計劃達到1500萬戶。AT&T和北電網絡正在考慮第四代無線網絡的可行性，以EDGE(全球演進的加強數據)做爲上行，OFDM做爲下行。

對這些應用在物理層採用OFDM的優點在於對窄帶信道簡化均等，高的系統吞吐量，和噪聲抑制。

3、OFDM結構

OFDM結構可根據OFDM數據處理流程分爲發送部分的前向糾錯編碼器、交錯器、星座圖映射、串並轉換器及接收部分的反向快速富里葉變換器、並串轉換器、循環前綴插入、×××有限激勵響應過濾器、數模轉換等模塊。

OFDM調製採用信道編碼來抑制多徑效應，數據符號映射到一個相應的星座圖上(如同QPSK，QAM)，結果I和Q值存儲在緩衝中，並應用了快速富里葉反變換(IFFT)。IFFT在正交載波上進行調製。數據被準備發送並被串行化另外爲抵抗多徑效應加上一個循環前綴。通過處理的信號被送到天線上被髮送出去。

1.功能模塊

(1)前向糾錯(ForwardErrorCorrection)

信道編碼採用Reed-Solomon碼、卷積糾錯碼、維特比碼或TURBO碼。

(2)交錯器

交錯器用於下降在數據信道中的突發錯誤，交錯後的數據經過一個串並行轉換器，將IQ映射到一個相應的星座圖上。

(3)星座圖(略)

多載波OFDM被認爲優於N個獨立的由單載波調製的子頻帶。星座圖將符號映射到相應的星座點上。這一過程產生IQ值，它們被過濾並送到IFFT上進行變換。 2.OFDM技術優勢

(1)在窄帶帶寬下也可以發出大量的數據。OFDM技術能同時分開至少1000個數字信號，並且在干擾的信號周圍能夠安全運行的能力將直接威脅到目前市場上已經開始流行的CDMA技術的進一步發展壯大的態勢，正是因爲具備了這種特殊的信號「穿透能力」使得OFDM技術深受歐洲通訊營運商以及手機生產商的喜好和歡迎，例如加利福尼亞Cisco系統公司、紐約Flarion工學院以及朗訊工學院等開始使用，在加拿大Wi-LAN工學院也開始使用這項技術。

(2)OFDM技術可以持續不斷地監控傳輸介質上通訊特性的忽然變化，因爲通訊路徑傳送數據的能力會隨時間發生變化，因此OFDM能動態地與之相適應，而且接通和切斷相應的載波以保證持續地進行成功的通訊;

(3)該技術能夠自動地檢測到傳輸介質下哪個特定的載波存在高的信號衰減或干擾脈衝，而後採起合適的調製措施來使指定頻率下的載波進行成功通訊;

(4)OFDM技術特別適合使用在高層建築物、居民密集和地理上突出的地方以及將信號散播的地區。高速的數據傳播及數字語音廣播都但願下降多徑效應對信號的影響。

(5)OFDM技術的最大優勢是對抗頻率選擇性衰落或窄帶干擾。在單載波系統中，單個衰落或干擾可以致使整個通訊鏈路失敗，可是在多載波系統中，僅僅有很小一部分載波會受到干擾。對這些子信道還能夠採用糾錯碼來進行糾錯。

(6)能夠有效地對抗信號波形間的干擾，適用於多徑環境和衰落信道中的高速數據傳輸。當信道中由於多徑傳輸而出現頻率選擇性衰落時，只有落在頻帶凹陷處的子載波以及其攜帶的信息受影響，其餘的子載波未受損害，所以系統總的誤碼率性能要好得多。

(7)經過各個子載波的聯合編碼，具備很強的抗衰落能力。OFDM技術自己已經利用了信道的頻率分集，若是衰落不是特別嚴重，就沒有必要再加時域均衡器。經過將各個信道聯合編碼，則可使系統性能獲得提升。

(8)OFDM技術抗窄帶干擾性很強，由於這些干擾僅僅影響到很小一部分的子信道。

(9)能夠選用基於IFFT/FFT的OFDM實現方法;

(10)信道利用率很高，這一點在頻譜資源有限的無線環境中尤其重要;當子載波個數很大時，系統的頻譜利用率趨於2Baud/Hz。

3.OFDM技術的兩個缺陷

(1)對頻率偏移和相位噪聲很敏感。

(2)峯值與均值功率比相對較大，這個比值的增大會下降射頻放大器的功率效率。

在具體設備設計製造中，各廠商採起了不一樣的措施來抵消其影響。

近年來，隨着DSP芯片技術的發展，富里葉變換/反變換、高速Modem採用的64/128/256QAM技術、柵格編碼技術、軟判決技術、信道自適應技術、插入保護時段、減小均衡計算量等成熟技術的逐步引入，OFDM做爲一種能夠有效對抗信號波形間干擾的高速傳輸技術將被更普遍應用於寬帶移動通訊領域。