深入浅出谈OFDM

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇深入浅出谈OFDM范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

摘 要：ofdm（Orthogonal Frequency-Division Multiplexing）正交频分复用是HPA（HomePlug Powerline Alliance）联盟工业规范的基础，它采用一种不连续的多音调技术，将载波的不同频率中的信号合并成单一的信号，完成信号的传送。由于这种技术具有良好的抗干扰能力，因此常常会被利用在容易受外界干扰或者抵抗外界干扰能力较差的传输介质中。由于OFDM系统的复杂结构，直到20世纪70年代，人们可以利用傅立叶变换来实现多个载波的调制，才大大简化了其系统结构，使得这项技术更趋于实用化。80年代，人们将OFDM技术应用于高速MODEM。进入90年代，OFDM技术的研究已经涉及无线调频信道的宽带数据传输。目前OFDM技术已经被广泛应用于广播式的音频、视频和民用通信系统领域。

关键词：正交频分复用；OFDM；信号合成；高速MODEM

1 OFDM技术由来

OFDM是MCM（Multi Carrier Modulation）多载波调制的一种。由于一个信道所能提供的带宽通常比传送一路信号所需的带宽要宽得多。将用于传输信道的总带宽划分成若干个子信道，每一个子信道传输不同频率的信号。保证了各路信号互不干扰，这也就是FDM（Frequency-division multiplexing）频分多路复用技术，早在20世纪70年代，韦斯坦（Weistein）和艾伯特（Ebert）等人应用傅里叶变换研制了一个完整的多载波传输系统，叫做正交频分复用OFDM系统。而OFDM正是由FDM演变而来。OFDM应用DFT和IDFT方法解决了多载波传输系统发送和传送的问题。并使多载波传输系统的复杂度大大降低。从此OFDM技术开始走向实用。在通信系统中，成为复杂度低、应用广、性价比高的一种多载波传输技术。

2 OFDM主要思想

将信道分成若干流通数据流的子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，将其在子信道上进行传输。为了减少子信道之间的相互干扰，我们通常在信号的接收端将其分开，使每个子信道上的信号带宽小于信道相对应的那一部分的带宽，信道均衡变得相对容易，故每个子信道上可以看成是信道的平坦性衰落造成的，于是就可以消除码间串扰。

通常，在向超三代移动通信系统B3G（Beyond Third Generation in mobile communication system）以及第四代移动通讯技术4G（Beyond Forth Generation in mobile communication system）演变的过程中，OFDM结合了分集、时空编码、信道间干扰抑制以及智能天线技术最大限度地提高了系统性能。

在OFDM传播过程中，高传输速率的信息数据流通过串并变换，分配到速率相对较低的子信道中，为了减少因无线信道多径时延扩展所产生的时间弥散性对系统造成的码间干扰，需要将每个子信道中的符号周期相对增加，在引入保护间隔后，将保护间隔设置为大于最大多径时延，可以最大限度地消除多径带来的符号间干扰。如果用循环前缀作为保护间隔，还可避免多径带来的信道间干扰。

3 OFDM优缺点

OFDM作为通信方面在3G、4G中被运用，其有很多不可替代的优势：

第一，传输数据量不会因为带宽的宽度而受到限制，在带宽宽度较低时也能够发送大量的数据。OFDM技术具有良好的抗干扰能力，在干扰的信号周围可以安全运行。

第二，OFDM技术可以持续不断地监控传输介质上通信特性的变化量，由于通信路径传送数据的能力会随时间而变化，OFDM技术可以很好地与之相适应，并且可以通过控制接通和切断相应的载波来保证持续地进行通信。

第三，可以自动地检测到传输介质中存在信号衰减或干扰脉冲较为强烈的部分，然后采取合适的调制措施来使数据成功通信；

第四，由于OFDM技术使用的是多载波系统，因而，其不会发生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这种情况，具有频率选择衰落性。

第五，可以有效地对抗信号波形之间的相互干扰，在多径环境和衰落信道中，当高速传输的信号出现频率选择性衰落时，只有落在频带凹陷处的子载波会受到影响，其他的子载波未受损害，因此系统的误码率将会变得很低。

第六，通过将子载波进行联合编码，因此通过OFDM传输的信号具有很强的抗衰落能力。如果衰落不是很严重，就没有必要再通过均衡器等信号放大，滤波装置将信道联合编码。使系统性能以及资源得到较大提高。

虽然OFDM有上述优点，但是同样其信号调制机制也使得OFDM信号在传输过程中存在着一些劣势：

第一，易受相位噪声和载波频偏影响。OFDM系统对子载波之间的正交性要求极为严格，任何载波频率出现偏差都会破坏子载波之间的正交性，都会引起载波间干扰，相位噪声也会导致码元星座点的旋转、扩散，形成信道间干扰。

第二，峰均比过大。由多个子载波信号组成的OFDM信号，都是不同的调制符号独立调制而成的。这些信号的相位是由要传输的数据序列所决定。对某些传输的数据，这些信号可能具有相同的相位，但幅度叠加在一起后会产生很大的瞬时峰值幅度。故OFDM调制存在一个很高的峰值因子。而峰均比过大，将会增加数模转换和模数转换的复杂性，会降低射频功率放大器的效率。会在OFDM频段内和相邻频段之间产生相互的干扰。

4 OFDM的应用

通过数字音频广播（DAB）标准，正式证明了OFDM标准在数字音频上的巨大前景。当前国际上数字电视传输系统均采用了OFDM技术，欧洲在对其研究上已经更进一步，HDTV传输系统已经采用编码OFDM（coded OFDM，COFDM）技术。与OFDM相比它具有更高的频谱利用率、提高抗干扰能力，足以满足当下电视系统的传输要求。在无线广播的传输中，它又明显地改善了移动中接收无线广播效果差这一问题。

OFDM技术同样适用于无线环境下的高速传输，在宽带无线接入（BWA）中得到广泛的开发和应用。早在1999年，IEEE802.16工作组专门就开始研究OFDM在BWA方面的应用，在2GHz～11GHzBWA的标准下，IEEE802.16a的物理层采用了OFDM技术。在BWA领域，虽然一些公司开发的项目都基于OFDM技术，但特色不一，应用也不同。例如，Wi-LAN公司的WOFDM（Wideband OFDM）；LOSPAN 公司的VOFDM（Vector OFDM）、FLARION公司的flash-OFDM Cisco，但他们主要提供低成本宽带无线接入技术，号召采用基于OFDM的标准作为解决方案。

在不久的将来，将会出现5G，我预计，下一代移动通信系统在性能方面主要有以下要求：高传输速率，范围更广的覆盖率，以及要具有不同速率间的自动切换能力，以保证通信质量，支持互联网下的所有信息设备、智能家用电器等；能提供用户定义的个性化服务，实现与固定网络或专用网络的无间隙连接。

作者简介：常子霆（1996―），男，山西晋城人，沈阳理工大学学生。

王躬硕（1996―），男，山东济宁人，沈阳理工大学学生。

银杉（1995―），男，辽宁开原人，沈阳理工大学学生。