淺談多載波數字調制技術

摘要：多載波數字調制技術就是OFDM技術，在高速數字通信中是一種非常有潛力的技術。它將數據經編碼后調制為射頻信號。在經過特別計算的正交頻率上同時發送多路高速信號。它不像常規的單載波技術，只在某一時刻只用單一頻率來發送單一的信號。本文將對OFDM技術的基本原理進行詳細分析，并闡述利用這一技術建立多載波并行傳輸系統，通過延長傳輸符號的周期，增強其抵抗回波的能力，為實際的系統應用提供有價值的理論參考。

關鍵詞：OFDM多載波系統主流技術

中圖分類號：TN949文獻標識碼：A文章編號：1674-098x(2012)03(c)-0000-00

在現代通信系統中，如何高速和可靠地傳輸信息、是一個極為重要的內容。目前，數據傳輸的理論和實踐己經取得了相當大的進展，但這些進展并不適應于更廣泛的信道以獲取更高的傳輸性能。而且隨著通信的發展，特別是無線通信業務的增長，可利用的頻帶日趨緊張。除了開發新的頻譜資源外，采用新的高效抗干擾調制技術，提高頻帶的利用率一直為人們所關心，多載波數字調制技術的出現則為這些問題的解決開辟了一條新的路徑。

1 OFDM技術

在各類通信過程中，由于云層、山脈，特別是城市高層建筑物遮擋和反射的影響，在接收機里會產生回波干擾。在以往的數字通信中，都是使用自適應均衡器來消除回波的干擾。但在高速數字通信中，均衡器的抽頭數常常要求很大，尤其是在都市內進行無線通信，時延十幾微秒的回波很常見，這使得均衡器的抽頭數達幾百，從而大大增加了均衡器的復雜度和成本。因此，出現了一種新技術以取代復雜而昂貴的自適應均衡器，即OFDM技術。

1.1 OFDM技術簡介

OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）正交頻分復用作為一種多載波傳輸技術，主要應用于數字視頻廣播系統、MMDS（Multichannel Multipoint Distribution Service）多信道多點分布服務和WLAN服務以及下一代陸地移動通信系統[1]。

OFDM從60年代開始發展，應用于一些軍用高頻通信系統。它是一種新型高效編碼技術，它有效地對抗多徑傳輸，使得受到干擾的信號能可靠接收。在傳統的多載波通信系統中，整個通信頻帶被劃分為若干個互相分離的子信道(載波)。各載波之間有一定的保護間隔，接收端通過濾波器把各個子信道分離之后接收所需信息。這樣雖然可以避免不同信道互相干擾，但卻是以犧牲頻帶利用率為代價。而且當子信道數量很大的時候，大量分離各子信道信號的濾波器的設置就成了幾乎不可能的事情。上個世紀中期，人們提出了頻帶混疊的多載波通信方案，選擇相互之間正交的載波頻率作子載波，這就是我們所說的OFDM。這種“正交”表示的是載波頻率間精確的數學關系。按照這種設想，OFDM既能充分利用信道帶寬，也可以避免使用高速均衡和抗突發噪聲差錯。使得該技術的實現更趨實際[2]。

2 多載波系統的原理及應用

2.1 多載波系統的基本原理

多載波系統的基本原理是將高速信道自數據編碼后分配到并行的N個相互正交的載波上，每個載波上的調制速率很低（1/N）調制符號的持續間隔遠大于信道的時間擴散，從而能夠在具有較大失真和突發性脈沖干擾環境下對傳輸的數字信號提供有效地保護。OFDM對多徑時延擴散小敏感，若信號占用帶寬大于信道相干帶寬，則多經效應使信號的某些頻率分量增強，某些頻率分量減弱。頻率選擇性衰落OFDM的頻域編碼和交織在分散并行的數據之間建立了聯系，這樣，由部分衰落或干擾而遭到破壞的數據，可以通過頻率分量增強部分的接收的數據得以恢復，即實現頻率分集。

多載波系統是一種無線環境下的高速傳輸技術。無線信道的頻率響應曲線大多是非平坦的，而多載波系統的主要思想就是在頻域內將給定信道分成許多正交子信道，在每個子信道上使用一個子載波進行調制，并且各子載波并行傳輸。這樣，盡管總的信道是非平坦的，具有頻率選擇性，但是每個子信道是相對平坦的，在每個子信道上進行的是窄帶傳輸，信號帶寬小于信道的相應帶寬，因此就可以大大消除信號波形間的干擾。

這種技術將無線通信傳輸信號分割成了多個子載波進行傳輸，而每個子載波僅僅攜帶了很小一部分的數據信息，OFDM技術能夠利用更長的符號周期，使通信傳輸信號不易受到多徑傳輸的干擾或者其他外界的特殊干擾。當然，OFDM技術除了通過分割載波的方法來增強通信的抗干擾外，它還通過提高載波頻譜利用率的方法來提高通信的穩定性。

2.2 多載波系統的應用

多載波系統比較突出的地方就是即使在較窄的帶寬下能夠傳輸大量的數據。我國正在研發中的數字地面電視傳輸系統、高速無線LAN ( IEEE802 .11a)都采用這項新技術。另外OFDM技術能同時分開至少1000個數字信號，而且在干擾的信號周圍可以安全的運行。OFDM技術還能夠持續不斷地監控傳輸介質上通信特性的突然變化，由于通信路徑傳送數據的能力會隨時間發生變化，而OFDM能動態地與之相適應，接通和切斷相應的載波以保證持續地進行成功的通信；而且該技術可以自動地檢測到傳輸介質下哪一個特定的載波存在高的信號衰減或干擾脈沖，然后采取合適的調制措施來使指定頻率下的載波進行成功通信；在高層建筑物、居民密集和地理上突出的地方以及將信號撒播的地區，高速的數據傳播都希望消除多徑影響，因此OFDM技術也特別適合應用在這些地方。

3 多載波系統的未來發展

多載波數字調制技術是首選的寬帶高速傳輸技術。它要應用到新一代的信息系統中，需要研究新的蜂窩體系結構和新的頻段上信道的新特點。主要是時延擴展和多譜勒頻散。以合理設計多載波系統參數，發揮多載波數字調制技術的優勢，盡量避免其缺點。同時要研究新興技術在多載波系統中的應用，如發送分集技術、智能天線技術，這也將成為多載波數字調制技術研究領域的一個新熱點。正交頻分復用（OFDM）技術因其網絡結構高度可擴展，且有良好的抗噪聲性能和抗多徑信道干擾的能力而被普遍認為是下一代移動通信系統必不可少的技術。在未來它將代替現有的通信技術，成為第四代移動通信中的主流技術。

參考文獻

[1] 尹長川，羅濤.正交頻分復用技術[J].中興通信技術，2003，（1）.

[2] 韓湘.“基于導頻的OFDM信道估計[J].現代電子技術，2003，164（21）.

[3] 徐明遠，邵玉斌.MATLAB仿真在通信與電子工程中的應用[M].西安:西安電子科技大學出版社，2008.

[4] 阮沈勇.MATLAB程序設計[M].北京:電子工業出版社，2006.

[5] 佟學儉.OFDM移動通信技術原理與應用[M].北京:人民郵電出版社，2005.