OFDM技术,OFDM技术原理是什么?

OFDM技术,OFDM技术原理是什么?

基本定义或原理：

OFDM是 Orthogonal Frequency Division Multiplexing的缩写，即正交频分复用，是一种无线环境下的高速传输技术，也可以看作一种特殊的FDM形式。OFDM 技术的主要思想就是在频域内将给定信道分成许多正交子信道，在每个子信道上使用一个子载波进行调制，并且各子载波并行传输。对于移动通信，其信道的频率响应曲线大多是非平坦的，具有频率选择性，但是每个子信道而言又是相对平坦的，在每个子信道上进行的是窄带传输，信号带宽小于信道的相应带宽，因此就可以大大消除信号波形间的干扰。由于这种技术具有在杂波干扰下传送信号的能力，因此常常会被利用在容易外界干扰或者抵抗外界千扰能力较差的传输介质中。

OFDM技术的发展与应用

在一个世纪以前，人们就在一个宽带信道中，利用多个不同的载波频率来传输许多低速率的信号(如电报信号)。但是在这种情况下，载波频率之间要相隔足够远，还需要一些保护频带，以确保载波频谱不重叠。因此该系统的频谱效率很低。于是在1957年Doelz等提出了一种各个载波频率在一个符号周期内正交的FDM技术，它允许载波频谱重叠，大大提高了系统的频谱利用率.在1966年，Chang等提出了利用滤波和限制带宽来保证子载波间的正交性。这种方法来保持OFDM子载波的正交性，实现起来结构非常复杂，随着子载波数的增加，复杂度也不断增加，使其没有受到足够重视，从而也限制了该技术的进一步推广。直到1971年，Weinstein等人提出了基于离散傅立叶变换(DFT)的频域数据传输，大大简化了系统结构，使得OFDM技术真正被重视起来。之后，围绕OFDM技术的研究也相应展开。80年代，人们研究了如何将OFDM技术应用于高速MODEM。到90年代，OFDM技术的研究深入到无线调频信道上的宽带数据传输。

而今，以OFDM技术为核心的各项标准也己制定，如欧洲1997年提出的数字视频地面广播(DVB-T)以及IEEE802.11标准系列，日本1999年提出的地面综合业务数字广播ISDB-T等等。并且OFDM技术在这些标准的前提下，也被广泛应用于高速宽带数字通信系统，如非对称的数字用户环路(ADSL), ETSI标准的数字音频广播(DAB)、数字视频广播(DVB)、高清晰度电视(HDTV)、无线局域网(WLAN)等。

由于人们对通信数据化、宽带化、个人化和移动化的迫切需求，OFDM 技术在综合无线接入领域将越来越得到广泛的应用。随着DSP芯片技术的发展，傅立叶变换/反变换、高速Modem采用的64/128/256QAM技术、栅格编码技术、软判决技术、信道自适应技术、插入保护时段、减少均衡计算量等成熟技术的逐步引入，人们已开始集中越来越多的精力开发OFDM技术在移动通信领域的应用.预计第三代以后的移动通信的主流技术将是OFDM技术。

OFDM优点与缺点

OFDM 技术具有广阔的应用前景，如同CDMA作为第三代的核心技术一样，OFDM也将会成为第四代移动通信系统的核心技术。但这之间还有很长一段路程，因为OFDM技术尽管有很多诱人的优势，但它同样也具有严重的缺点。

OFDM技术提高了系统的频谱利用率，它改进了对多载波的调制，其特点是各子载波相互正交，使扩频调制后的频谱可以相互重叠，从而减小了子载波间的相互干扰。在对每个载波完成调制以后，为了增加数据的吞吐量，提高数据传输的速度，它又采用HomePlug处理技术，来对所有将要被发送数据信号位的载波进行合并处理，把众多的单个信号合并成一个独立的传输信号进行发送。HomePlug技术通过对独立的调制载波和输电线传输介质的特性进行比较，来提高OFDM的基本应用性能。然后，确定在此传输介质下哪一个特定的载波存在高的信号衰减或干扰脉冲，而这样的衰减或脉冲会影响载波成功传送数据的能力.HomePlug技术据此自动地确定一个能保证成功通信的门限，以便与传输介质的特性相适应。如果衰减或杂波千扰非常大，使得某个频率不能进行成功的通信，HomePlug将不会使用此频率的载波。HomePlug技术不间断地监控输电线介质上通信特性的突然变化，由于通信路径传送数据的能力会随时间发生变化，所以HomePlug动态地与之相适应，并且接通和切断相应的载波以保证持续地进行成功的通信。另外，OFDM之所以备受关注，是因为该多载波调制和解调可以IDFT和DFT来实现。综上所述，我们可以归纳OFDM的优点如下:

(1) OFDM的最大优点是对抗频率选择性衰落或窄带千扰。在单载波系统中，单个衰落或干扰能够导致整个通信链路失败，但是在多载波系统中，仅仅有很小一部分载波会受到干扰。对这些子信道可以采用纠错码来进行纠错。

(2) 可以有效地对抗信号波形间的干扰，适用于多径环境和衰落信道中的高速数据传输。当信道中因为多径传输而出现频率选择性衰落时，只有落在频带凹陷处的子载波以及其携带的信息受影响，其他的子载波未受损害，因此系统总的误码率性能要好得多。

(3) 通过各个子载波的联合编码，具有很强的抗衰落能力。OFDM技术本身己经利用了信道的频率分集，如果衰落不是特别严重，就没有必要再加时域均衡器。通过将各个信道联合编码，则可以使系统性能得到提高。

(4) OFDM技术的信道利用率很高，这一点在频谱资源有限的无线环境中尤为重要。当子载波个数很大时，系统的频谱利用率趋于2Baud/Hz。

(5)OFDM调制方式可以用FFT来实现。基于目前成熟的DSP技术会使得OFDM的实现更简单。

尽管拥有这么多的优点，但OFDM技术本身仍然存在两个严重缺陷:

(1)对载波频率偏移和相位噪声特别敏感;

(2)当峰值与均值功率比相对较大，这个比值的增大会降低射频放大器的功率效率。

另外，OFDM 技术在具体实现中，也存在一些问题需要解决，比如定时同步、采样频率偏移以及信道估计均衡等诸多问题。近年来，许多学者围绕这些问题进行了大量研究工作，并且也取得了许多进展。