OFDM技術(shù)的優(yōu)缺點分析

OFDM技術(shù)的優(yōu)缺點分析OFDM技術(shù)的優(yōu)缺點分析OFDM技術(shù)的優(yōu)缺點分析xxx公司OFDM技術(shù)的優(yōu)缺點分析文件編號：文件日期：修訂次數(shù)：第1.0次更改批準審核制定方案設計，管理制度OFDM技術(shù)的優(yōu)缺點分析摘要OFDM技術(shù)是一種多載波調(diào)制技術(shù)，最初用于軍事通信，由于采用DFT實現(xiàn)多載波調(diào)制，同時LSI的發(fā)展解決了IFFT/FFT的實現(xiàn)問題以及其他關(guān)鍵技術(shù)的突破，OFDM開始向諸多領(lǐng)域的實際應用轉(zhuǎn)化，現(xiàn)在成為一種很有發(fā)展前途的調(diào)制技術(shù)。本文首先分析了OFDM的基本原理，并說明其技術(shù)優(yōu)點和缺點，然后提及有關(guān)OFDM技術(shù)發(fā)展方面的一些信息?，F(xiàn)在，OFDM在許多領(lǐng)域取得成功應用，這里對OFDM的應用前景也作了展望。關(guān)鍵詞：正交頻分復用（OFDM），原理，特點，發(fā)展，應用AbstractOrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing(OFDM)isakindoftechnologyofMulti-CarrierModulation(MCM).DependingonDiscreteFourierTransform(DFT)torealizeMCMandthequickdevelopmentofLargeScaleIntegration(LSI)tosolvethequestionofthesolutionofIFFT/FFT,OFDMbegantobeusingpracticallyinmanyfieldsandisbecomingaprosperousthispaper,firistlytheprinciplesofOFDMareanalyzedanditscharacters(meritanddefect)arereviewed,thensomeinformationaboutthedevelopmentofOFDMiscurrenttime,OFDMhassucceededinmanyfields,finallytheprospectofusingOFDMisimaged.Keywords:OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing(OFDM);Character;Development;PresentSituationandProspectofApplication隨著通信技術(shù)的不斷成熟和發(fā)展，如今的通信傳輸方式可以說多種多樣，變化日新月異，從最初的有線通信到無線通信，再到現(xiàn)在的光纖通信。然而，從通信技術(shù)的實質(zhì)來看，上面所述基本上都是傳輸介質(zhì)和信道的變化，突破性的進展并不多。近年來，隨著DSP芯片技術(shù)的發(fā)展，傅立葉變換／反變換、高速Modem采用的64／128／256QAM技術(shù)、柵格編碼技術(shù)、軟判決技術(shù)、信道自適應技術(shù)、插入保護時段、減少均衡計算量等成熟技術(shù)的逐步引入，OFDM作為一種可以有效對抗信號波形間干擾的高速傳輸技術(shù)，引起了廣泛關(guān)注。人們開始集中越來越多的精力開發(fā)OFDM技術(shù)在移動通信領(lǐng)域的應用，第三代以后的移動通信的主流技術(shù)將是OFDM技術(shù)。1.OFDM技術(shù)OFDM技術(shù)簡介OFDM是一種高速數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，該技術(shù)的基本原理是將高速串行數(shù)據(jù)變換成多路相對低速的并行數(shù)據(jù)并對不同的載波進行調(diào)制。這種并行傳輸體制大大擴展了符號的脈沖寬度，提高了抗多徑衰落等惡劣傳輸條件的性能。傳統(tǒng)的頻分復用方法中各個子載波的頻譜是互不重疊的，需要使用大量的發(fā)送濾波器和接受濾波器，這樣就大大增加了系統(tǒng)的復雜度和成本。同時，為了減小各個子載波間的相互串擾，各子載波間必須保持足夠的頻率間隔，這樣會降低系統(tǒng)的頻率利用率。而現(xiàn)代OFDM系統(tǒng)采用數(shù)字信號處理技術(shù)，各子載波的產(chǎn)生和接收都由數(shù)字信號處理算法完成，極大地簡化了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。同時為了提高頻譜利用率，使各子載波上的頻譜相互重疊，但這些頻譜在整個符號周期內(nèi)滿足正交性，從而保證接收端能夠不失真地復原信號。當傳輸信道中出現(xiàn)多徑傳播時，接收子載波間的正交性就會被破壞，使得每個子載波上的前后傳輸符號間以及各個子載波間發(fā)生相互干擾。為解決這個問題，在每個OFDM傳輸信號前面插入一個保護間隔，它是由OFDM信號進行周期擴展得到的。只要多徑時延超過保護間隔，子載波間的正交性就不會被破壞。OFDM技術(shù)特點OFDM盡管還是一種頻分復用(FDM)，但已完全不同于過去的FDM,OFDM的接收機實際上是通過FFT來實現(xiàn)的一組解調(diào)器。它將不同載波搬移至零頻，然后在一個碼元周期內(nèi)積分，其他載波信號由于與所積分的信號正交，因此不會對信息的提取產(chǎn)生影響。OFDM的數(shù)據(jù)速率也與子載波的數(shù)量有關(guān)。OFDM每個載波所使用的調(diào)制方法可以不同。各個載波能夠根據(jù)信道狀況的不同選擇不同的調(diào)制方式，比如BPSK,QPSK,8PSK,16QAM,64QAM等，以取得頻譜利用率和誤碼率之間的最佳平衡為原則，通過選擇滿足一定誤碼率的最佳調(diào)制方式就可以獲得最大頻譜效率。無線多徑信道的頻率選擇性衰落會導致接收信號功率大幅下降，經(jīng)常會達到30dB之多，信噪比也隨之大幅下降。為了提高頻譜利用率，應該使用與信噪比相匹配的調(diào)制方式?？煽啃允峭ㄐ畔到y(tǒng)正常運行的基本考核指標，所以很多通信系統(tǒng)都傾向于選擇BPSK或QPSK調(diào)制，以確保在信道最壞條件下的信噪比滿足要求，但是這兩種調(diào)制方式的頻譜效率很低。OFDM技術(shù)使用了自適應調(diào)制，可以根據(jù)信道條件來選擇使用不同的調(diào)制方式。比如在終端靠近基站時，信道條件一般會比較好，調(diào)制方式就可以由BPSK(頻譜效率1bit/轉(zhuǎn)換成16～64QAM(頻譜效率4～6bit/，整個系統(tǒng)的頻譜利用率就會得到大幅度的改善。自適應調(diào)制能夠擴大系統(tǒng)容量，但它要求信號必需包含一定的開銷比特，以告知接收端發(fā)射信號所應采用的調(diào)制方式。終端還須定期更新調(diào)制信息，這也會增加開銷比特。OFDM還采用了功率控制與自適應調(diào)制相協(xié)調(diào)的工作方式。信道條件好的時候，發(fā)射功率不變就可以采用高調(diào)制方式(如64QAM)，或者在低調(diào)制方式(如QPSK)時降低發(fā)射功率。如果在差的信道上使用較高的調(diào)制方式，就會產(chǎn)生很高的誤碼率，影響系統(tǒng)的可用性。自適應調(diào)制要求系統(tǒng)必須對信道的性能有及時和準確的了解，OFDM系統(tǒng)可以用導頻信號或參考碼字來測試信道的好壞，發(fā)送一個已知數(shù)據(jù)的碼字，測出每條信道的信噪比，根據(jù)這個信噪比來確定最適合的調(diào)制方式。實現(xiàn)OFDM的關(guān)鍵技術(shù)包括：同步技術(shù)、降低PAPR（功率峰均值比）技術(shù)、信道估計與均衡、信道編碼與交織等。OFDM技術(shù)優(yōu)點首先，抗衰落能力強。OFDM把用戶信息通過多個子載波傳輸，在每個子載波上的信號時間就相應地比同速率的單載波系統(tǒng)上的信號時間長很多倍，使OFDM對脈沖噪聲（ImpulseNoise）和信道快衰落的抵抗力更強。同時，通過子載波的聯(lián)合編碼，達到了子信道間的頻率分集的作用，也增強了對脈沖噪聲和信道快衰落的抵抗力。因此，如果衰落不是特別嚴重，就沒有必要再添加時域均衡器。其次，頻率利用率高。OFDM允許重疊的正交子載波作為子信道，而不是傳統(tǒng)的利用保護頻帶分離子信道的方式，提高了頻率利用效率。再者，適合高速數(shù)據(jù)傳輸。OFDM自適應調(diào)制機制使不同的子載波可以按照信道情況和噪音背景的不同使用不同的調(diào)制方式。當信道條件好的時候，采用效率高的調(diào)制方式。當信道條件差的時候，采用抗干擾能力強的調(diào)制方式。再有，OFDM加載算法的采用，使系統(tǒng)可以把更多的數(shù)據(jù)集中放在條件好的信道上以高速率進行傳送。因此，OFDM技術(shù)非常適合高速數(shù)據(jù)傳輸。此外，抗碼間干擾（ISI）能力強。碼間干擾是數(shù)字通信系統(tǒng)中除噪聲干擾之外最主要的干擾，它與加性的噪聲干擾不同，是一種乘性的干擾。造成碼間干擾的原因有很多，實際上，只要傳輸信道的頻帶是有限的，就會造成一定的碼間干擾。OFDM由于采用了循環(huán)前綴，對抗碼間干擾的能力很強。OFDM技術(shù)缺點對頻率偏移和相位噪聲很敏感。（2）峰值與均值功率比相對較大，這個比值的增大會降低射頻放大器的功率效率。不過近年來，圍繞OFDM存在的兩個缺陷，業(yè)內(nèi)人士進行了大量研究工作，并且已經(jīng)取得了進展。OFDM技術(shù)既可用于移動的無線網(wǎng)絡，也可以用于固定的無線網(wǎng)絡，它通過在樓層、使用者、交通工具和現(xiàn)場之間的信號切換，有效地解決了其中的信息沖突問題。盡管OFDM技術(shù)已經(jīng)是比較成熟，并在一些領(lǐng)域也取得成功的應用，但尚有許多問題須待深入研究以進一步提高其技術(shù)性能。多年來，圍繞基于DFT（或FFT）的OFDM的關(guān)鍵技術(shù)，如同步、信道估計、均衡、功率控制等方面一直在探索更優(yōu)的方案，這些研究使OFDM技術(shù)欲加成熟和完善。另一方面，由于DFT－OFDM在具體實現(xiàn)過程中采用插入CP（循環(huán)前綴）來消除ISI（碼間干擾），所以進一步提高頻譜利用率仍有較大余地，另外，為降低插入CP帶來的頻譜損失，通常采用較長的DFT變換塊，但是，如此將會造成系統(tǒng)對載頻誤差及Doppler頻移非常敏感，引起系統(tǒng)性能下降，同時對信道估計帶來難度。針對這一點，有人提出基于小波/小波包的正交多載波調(diào)制技術(shù)，作為對基于DFT的多載波調(diào)制技術(shù)OFDM的發(fā)展和改進。小波函數(shù)/小波包函數(shù)具有良好的尺度與平移正交性，因而可將其作為多載波調(diào)制的在載波，這種多載波調(diào)制方案被稱為基于小波/小波包的正交多載波調(diào)制。理論分析和仿真表明，小波/小波包調(diào)制技術(shù)具有與其他調(diào)制技術(shù)相同或更好的性能參數(shù)，同時具有更好的抗干擾性能。小波/小波包調(diào)制與多址技術(shù)結(jié)合，如基于小波包變換的多載波碼分多址系統(tǒng)（WPDM－CDMA）,更貼近于現(xiàn)代無線多址通信系統(tǒng)的實際應用，從而進一步表明小波/小波包調(diào)制技術(shù)的可行性與先進性，具有廣闊的發(fā)展前景。同時作為一個充滿希望與潛力的新研究領(lǐng)域關(guān)于小波/小波包調(diào)制技術(shù)有許多問題尚待進一步研究結(jié)論OFDM技術(shù)由于其頻譜利用率高、成本低等原因越來越得到人們的關(guān)注，為滿足未來無線多媒體通信需求，人們在加緊實現(xiàn)3G系統(tǒng)商業(yè)化的同時，已經(jīng)開始進行4G(Beyond3G)的研究。隨著人們對于通信數(shù)據(jù)化、寬帶化、個人化和移動化的需求，OFDM技術(shù)在固定無線接入領(lǐng)域和移動接入領(lǐng)域?qū)⒃絹碓降玫綇V泛的應用。許多大學、著名公司已充分認識到OFDM技術(shù)的應用前景。紛紛開展了對無線OFDM的研究工作，除了解決OFDM的同步、峰平比高等傳統(tǒng)難題外，還包括OFDM與空時碼、聯(lián)合發(fā)送、聯(lián)合檢測、智能天線、動態(tài)分組分配等相結(jié)合的研究工作。目前一些研究結(jié)果表明，它們能提高無線OFDM系統(tǒng)的性能，將形成未來OFDM系統(tǒng)的核心技術(shù)。對這些方面的研究是當前一