ofdm技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

　　OFDM技術(shù)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(diào)制技術(shù)，也可以被當(dāng)作是一種復(fù)用技術(shù)，多載波傳輸把數(shù)據(jù)流分解成若干子數(shù)據(jù)流 ，這樣每個(gè)子數(shù)據(jù)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(tài)符號再去調(diào)制相應(yīng) 的子載波 ，就構(gòu)成多個(gè)低速率符號并行發(fā)送 的傳輸 系統(tǒng) 。正交頻分復(fù)用是對傳統(tǒng)多載波調(diào)制 的一種改進(jìn) ，它的特 點(diǎn)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(diào)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(tǒng)中，一次衰落或者干擾會(huì)導(dǎo)致整個(gè)鏈路失效，但是在 多載波系統(tǒng) 中，某一時(shí)刻只會(huì)有少部分 的子通道受到深衰落的影響。

　　OFDM系統(tǒng)收發(fā)機(jī) 的發(fā)送端將被傳輸 的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成子載波幅度和相位 的映像，并進(jìn)行 IDFT將數(shù)據(jù)的頻譜表達(dá)式變到時(shí)域上。IFFT變換與 IDFT變換作用相 同，只是有 更高的計(jì)算效率，所以適用于所有的應(yīng) 用系統(tǒng)。其 中，上半部分對應(yīng)于發(fā)射機(jī)鏈路，下半部分對應(yīng)于接收機(jī)鏈路。 由于 FFT操作類似于 IFFT，因此發(fā)射機(jī)和接收機(jī)可 以使用同一硬設(shè)備 。當(dāng)然，這種復(fù)雜性 的節(jié)約使得該收發(fā)機(jī)不能同時(shí)進(jìn) 行發(fā)送和接收操作。

　　接收端進(jìn)行與發(fā)送端相反的操作，首先進(jìn)行射頻解調(diào)，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(zhuǎn)換回?cái)?shù)字信 號。IFFT和 FFT互為反變換，選擇適當(dāng)?shù)淖儞Q將信號接收或發(fā)送 。當(dāng)信號獨(dú) 立于系統(tǒng) 時(shí)，F(xiàn)FT和IFFT可以被交替使用.

　　OFDM技術(shù)的應(yīng)用

　　數(shù)字音頻廣播工程（DAB）

　　歐洲的DAB成功使用了OFDM技術(shù)。為了克服多個(gè)基站可能產(chǎn)生的重聲現(xiàn)象，人們在OFDM信號前增加了一定保護(hù)時(shí)隙，有效地解決了基站間的同頻干擾，實(shí)現(xiàn)了單頻網(wǎng)廣播，大大減少了整個(gè)廣播網(wǎng)占用的頻帶寬度。

　　高清晰度電視（HDTV）

　　由于現(xiàn)有的專用ＤＳＰ芯片最快可以在100μｓ內(nèi)完成1024點(diǎn)FFT，這正好能滿足８MHｚ帶寬以內(nèi)視頻傳輸?shù)男枰?，從而為OFDM應(yīng)用于視頻業(yè)務(wù)提供了可能。目前，歐洲已把OFDM作為發(fā)展地面數(shù)字電視的基礎(chǔ)；日本也將它用于發(fā)展便攜電視和安裝在旅游車、出租車上的車載電視。

　　衛(wèi)星通信

　　VSAT（小型地面衛(wèi)星站）使用了OFDM技術(shù)。由于通信衛(wèi)星是處于赤道上空的靜止衛(wèi)星，因此OFDM無需設(shè)置保護(hù)間隔，利用DFT技術(shù)實(shí)現(xiàn)OFDM將極大地簡化主站設(shè)備的復(fù)雜性，尤其適用于向各個(gè)小站發(fā)送不同的信息。

　　纖／同軸混合網(wǎng)（HFC）

　　OFDM被應(yīng)用到有線電視網(wǎng)中，在干線上采用光纖傳輸，而用戶分配網(wǎng)絡(luò)仍然使用同軸電纜。這種光電混合傳輸方式，提高了圖像質(zhì)量，并且可以傳到很遠(yuǎn)的地方，擴(kuò)大了有線電視的適用范圍。

　　移動(dòng)通信

　　在移動(dòng)通信信道中，由多徑傳播造成的時(shí)延擴(kuò)展在城市地區(qū)大致為幾微秒至數(shù)十微秒，這會(huì)帶來碼間串?dāng)_，惡化系統(tǒng)性能。近年來，國外已有人研究采用多載波并傳１６ＱＡＭ調(diào)制的移動(dòng)通信系統(tǒng)。將OFDM技術(shù)和交織技術(shù)、信道編碼技術(shù)相結(jié)合，可以有效對抗碼間干擾，這已成為移動(dòng)通信環(huán)境中抗衰落技術(shù)的研究方向。OFDM技術(shù)是近年來得到迅速發(fā)展的通信技術(shù)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(yīng)用。在早期的OFDM系統(tǒng)中，采用一組正交函數(shù)作為副載波，需要使用大量的正弦波發(fā)生器及調(diào)制解調(diào)器等，系統(tǒng)復(fù)雜，成本高。采用傅立葉變換方式可以有效地降低系統(tǒng)復(fù)雜度，減小系統(tǒng)成本。對這兩種實(shí)現(xiàn)方式的計(jì)算機(jī)仿真表明，兩種方式具有相同的系統(tǒng)效果。

　　無線局域網(wǎng)（WLAN）

　　WLAN的標(biāo)準(zhǔn)主要有IEEE 802.11，他是工作于2.4GHz頻段的第一個(gè)WLAN標(biāo)準(zhǔn)，其中規(guī)定使用三種不同的物理層標(biāo)準(zhǔn)——直接序列擴(kuò)頻、調(diào)頻和紅外，可以提供2Mbit/s的數(shù)據(jù)速率。IEEE 802.11a工作在5GHz頻段，利用OFDM作為物理層技術(shù)，提供6Gbit/s到54Gbit/s的數(shù)據(jù)速率。

　　OFDM技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)狀

　　正交頻分復(fù)用是一種把高速率的串行數(shù)據(jù)通過頻分復(fù)用來實(shí)現(xiàn)并行傳輸?shù)亩噍d波傳輸技術(shù)，其思想早在20世紀(jì)60年代就己經(jīng)提出了，但由于并行傳輸系統(tǒng)需要基帶成形捧波器陣列，正弦波載波發(fā)生器陣列及相干解調(diào)陣列，采用傳統(tǒng)的模擬的方法實(shí)現(xiàn)是相當(dāng)復(fù)雜的、昂貴的，因而早期并沒有得到實(shí)際應(yīng)用。1971年，Weistein和Ebert提出了用離散傅立葉變換（DFT）來實(shí)現(xiàn)多載波調(diào)制，人們開始研究并行傳輸?shù)亩噍d波系統(tǒng)的數(shù)字化實(shí)現(xiàn)方法，將DFT運(yùn)用到OFDM的調(diào)制解調(diào)中，為OFDM的實(shí)用化奠定了基礎(chǔ)，大大簡化了多載波技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。運(yùn)用DFT實(shí)現(xiàn)的OFDM系統(tǒng)的發(fā)送端不需要多套的正弦發(fā)生器，而接收端也不需要用多個(gè)帶通濾波器來檢測各路子載波，但由于當(dāng)時(shí)的數(shù)字信號處理技術(shù)的限制，OFDM 技術(shù)并沒有得到廣泛應(yīng)用。80年代，人們對多載波調(diào)制在高速調(diào)制解調(diào)器、數(shù)字移動(dòng)通信等領(lǐng)域中的應(yīng)用進(jìn)行了較為深入的研究，L.J.Cimini首先分析了OFDM在移動(dòng)通信中應(yīng)用中存在的問題和解決方法，從此以后，OFDM在無線移動(dòng)通信領(lǐng)域中的應(yīng)用得到了迅猛的發(fā)展。

　　近年來由于數(shù)字信號處理技術(shù) （Digital Signal Processing， DSP）和大規(guī)模集成電路CPLD技術(shù)的飛速發(fā)展，使得當(dāng)載波數(shù)目高達(dá)幾千時(shí)也可以通過專用芯片來實(shí)現(xiàn)其DFT變換，大大推動(dòng)了OFDM技術(shù)在無線通信環(huán)境中的實(shí)用化，OFDM技術(shù)在高速數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域受到了人們的廣泛關(guān)注。OFDM已經(jīng)成功的應(yīng)用于數(shù)字音頻廣播系統(tǒng) （Digital Audio Broadcasting， DAB）、數(shù)字視頻廣播系統(tǒng)（Digital Video Broadcasting， DVB）、無線電局域網(wǎng)（ Wireless Local Area Network， WLAN），非對稱數(shù)字用戶環(huán)路ADSL （Asymmetric Digital Subscriber Line）等系統(tǒng)中。1995年，歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（ETSI）首次提出DAB標(biāo)準(zhǔn)，這是第一個(gè)采用OFDM的標(biāo)準(zhǔn)［5］。1999年12月，IEEE802.lla 一個(gè)工作在5GHz的無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，其中采用了OFDM 調(diào)制技術(shù)作為其物理層（PRY）標(biāo)準(zhǔn)，歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)的寬帶射頻接入網(wǎng)（Broad Radio Access Network， BRAN）的局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)也采用OFDM技術(shù)。在我國，信息產(chǎn)業(yè)部無線電管理局也于2001年8月31日批準(zhǔn)了中國網(wǎng)通開展OFDM固定無線接入系統(tǒng)CelerFlex的試驗(yàn)，該系統(tǒng)目前己經(jīng)開通 ，并進(jìn)行了必要的測試和業(yè)務(wù)演示。

　　目前，人們開始集中精力研究和開發(fā)OFDM在無線移動(dòng)通信領(lǐng)域的應(yīng)用，并將 OFDM技術(shù)與多種多址技術(shù)相結(jié)合。此外，OFDM技術(shù)還易于結(jié)合空時(shí)編碼以及智能天線等技術(shù)，最大程度提高物理層信息傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

　　OFDM應(yīng)用于短波通信的優(yōu)勢

　　近年來 ，隨著多載波技術(shù)的深入發(fā)展，國內(nèi)許多單位也開始著手研究基于 OFDM 技術(shù)的短波通信電臺(tái)，以發(fā)揮OFDM技術(shù)的優(yōu)勢，提高短波通信的抗截獲性和傳輸?shù)目煽啃?。將OFDM應(yīng)用于短波通信有較大的優(yōu)勢，主要表現(xiàn)為：

　?。?）通過對高速率數(shù)據(jù)流進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換，增加了每個(gè)子載波上的數(shù)據(jù)符號持續(xù)時(shí)間，即增加了數(shù)據(jù)符號 的比特信噪比，從而提高對抗短波信道的多徑時(shí)延的能力 。

　?。?）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。

　?。?）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(lián)合編碼 ，實(shí)現(xiàn)子信道 間的頻率分集作用 ，從而使系統(tǒng)的整體性能得 以提高。

　　（4）OFDM易于 與空時(shí)編碼、分集、干擾抑制、智能天線技術(shù)等結(jié)合 ，以便最大限度地提高物理層信息傳輸?shù)目煽啃浴５?，OFDM系統(tǒng)的輸 出信 號是多個(gè)正交的子載波信號的疊加，因此與單載波系統(tǒng)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。