OFDM調制技術及應用

蔣金　孫中偉

摘 要：作為一種多載波的調制復用技術，近年來，正交頻分復用（OFDM）技術已經逐漸應用到現代通信系統中，成為當今無線通信領域中研究的熱點。本文首先對于OFDM技術的原理進行簡述，進而引出OFDM的幾方面優點，最后介紹OFDM技術的實際應用，從而使人們意識到研究0FDM技術在無線和有線信息傳輸領域的重要性。

關鍵詞：OFDM的原理；OFDM的優點；OFDM的應用

1 OFDM技術的原理

OFDM是一種高效的數據傳輸方式，其基本思想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。OFDM相對于一般的多載波傳輸的不同之處是他允許子載波頻譜部分重疊，只要滿足子載波問相互正交，則可以從混疊的子載波上分離出數據信號。

2 OFDM技術的優點

由上述原理可以分析得出，OFDM技術相對于其他的一些調制技術，主要有以下四方面優點。首先是其頻譜利用率高：由于OFDM系統各個子信道之間存在正交性，允許子信道的頻譜相互重疊，因此和常規的頻分復用系統相比，OFDM系統可以最大限度地利用頻譜資源，這點對于目前頻譜資源稀缺的無線環境是非常重要的。其次是它可以有效地對抗符號間的干擾：由于OFDM系統采用多個正交子載波并行傳輸數據，把高速數據流經過串/并轉換，調制到各個子載波上進行并行傳輸，使得各個子載波上的數據符號持續長度相對增加，這樣在每一路上的數據速率大大降低，從而可以有效地減小無線信道的時間彌散所帶來的ISI。另外其系統的實現也比較簡單：由于OFDM的調制和解調方式分別是采用IDFT和DFT來實現的。在子載波數很大的系統中，可以通過采用FFT來實現。隨著大規模集成電路技術與DSP技術的發展，IFFT和FFT的實現都十分容易，這也進一步地推動了OFDM技術的發展。它還可以有效抵抗窄帶干擾：因為窄帶干擾只能影響一部分的子載波，而與單載波系統相比，OFDM傳輸技術最重要的優越性體現在頻率選擇性衰落信道上，當一個子載波受到衰落影響時，其他的子載波仍然可以正常傳輸數據，因此OFDM系統可以在某種程度上抵抗這種窄帶干擾。

3 OFDM技術的應用

3.1 地面廣播傳輸中的OFDM應用

因為數字廣播系統的音頻和視頻編碼朝著國際上同一的標準發展，所以數字外部廣播鏈路的信源編碼采用同一標準。信源的比特率要在傳輸容量與信源的質最之間找到一個平衡點。DTT中的OFDM的有效碼元的長度要考慮傳播路徑的延時和時變衰減。同時這個參數還取決于硬件的限制，即硬件技術的發展對OFDM裝置性能的改善起著重要的作用。傳統情況下，在大規模的電視直播傳輸中需要大量的接收基站和定向天線，當應用OFDM-DTT時，可以減少基站的數量并應用非定向的天線。又由于它的良好的抗多徑傳播性能，OFDM調制方案還能夠形成單一頻率網絡。

3.2 電力線通信中的OFDM應用

電力線不同于普通的數據通信線路，當作為一種數據傳輸的媒介時遇到許多干擾，為了克服各種干擾，電力線通信系統可主要釆用OFDM等調制技術。OFDM調制技術可以高效利用帶寬，因此可采用更先進的通道編碼技術，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常可靠的通信。

3.3 寬帶無線中的OFDM應用

OFDM技術應用于無線局域網IEEE802.11和HiperLAN2以及無線城域網IEEE802.16等系統。其中，在802.11a標準中，OFDM在20Mhz頻段能夠提供高達54Mbit/s速率的原始數據傳輸。其中802.16a標準規范中明確定義了OFDM技術作為無線數據傳輸方式，并規定在特許頻段，可以使用單載波調制或正交頻分復用，而對于非特許頻段，必須使用正交頻分復用調制方式。

3.4 4G中的應用

4G中OFDM將與MIMO相結合，與目前使用天線不同，MIMO技術在發送端將要發送的信息空時編碼形成多個信息流，再用多天線發送，在接收端用多個天線接收，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射功率的情況下可以成倍地提高信道容量，但MIMO技術對頻率選擇性衰落無能為力，而OFDM在這方面有其獨到優勢，因而兩者的結合將會發揮更大的優勢，成為實現4G中的更有效的方法。

4 結束語

OFDM技術憑借其抗干擾能力強、頻譜利用率高、系統實現簡單、成本較低等等原因越來越得到人們的關注。隨著人們對于通信數據化、寬帶化、移動化和個人化的更高需求，OFDM技術在移動通信領域、無線寬帶領域以及第四代通信領域將得到越來越廣泛的應用，前途無量。

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