正交頻分復(fù)用

正交頻分復(fù)用多載波調(diào)制的種類(lèi)01原理發(fā)展優(yōu)點(diǎn)應(yīng)用目錄03020405技術(shù)比較問(wèn)題目錄0706基本信息正交頻分復(fù)用，英文原稱(chēng)OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，縮寫(xiě)為OFDM，實(shí)際上是MCMMulti-CarrierModulation多載波調(diào)制的一種。其主要思想是：將信道分成若干正交子信道，將高速數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換成并行的低速子數(shù)據(jù)流，調(diào)制到在每個(gè)子信道上進(jìn)行傳輸。正交信號(hào)可以通過(guò)在接收端采用相關(guān)技術(shù)來(lái)分開(kāi)，這樣可以減少子信道之間的相互干擾ICI。每個(gè)子信道上的信號(hào)帶寬小于信道的相關(guān)帶寬，因此每個(gè)子信道上的可以看成平坦性衰落，從而可以消除符號(hào)間干擾。而且由于每個(gè)子信道的帶寬僅僅是原信道帶寬的一小部分，信道均衡變得相對(duì)容易。OFDM技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于廣播式的音頻和視頻領(lǐng)域以及民用通信系統(tǒng)中，主要的應(yīng)用包括：非對(duì)稱(chēng)的數(shù)字用戶(hù)環(huán)路（ADSL）、ETSI標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字音頻廣播（DAB）、數(shù)字視頻廣播（DVB）、高清晰度電視（HDTV）、無(wú)線(xiàn)局域（WLAN）等。原理原理OFDM系統(tǒng)構(gòu)造在向B3G/4G演進(jìn)的過(guò)程中，OFDM是關(guān)鍵的技術(shù)之一，可以結(jié)合分集，時(shí)空編碼，干擾和信道間干擾抑制以及智能天線(xiàn)技術(shù)，最大限度的提高了系統(tǒng)性能。包括以下類(lèi)型：V-OFDM,W-OFDM,F-OFDM,MIMO-OFDM，多帶-OFDM。OFDM中的各個(gè)載波是相互正交的，每個(gè)載波在一個(gè)符號(hào)時(shí)間內(nèi)有整數(shù)個(gè)載波周期，每個(gè)載波的頻譜零點(diǎn)和相鄰載波的零點(diǎn)重疊，這樣便減小了載波間的干擾。由于載波間有部分重疊，所以它比傳統(tǒng)的FDMA提高了頻帶利用率。在OFDM傳播過(guò)程中，高速信息數(shù)據(jù)流通過(guò)串并變換，分配到速率相對(duì)較低的若干子信道中傳輸，每個(gè)子信道中的符號(hào)周期相對(duì)增加，這樣可減少因無(wú)線(xiàn)信道多徑時(shí)延擴(kuò)展所產(chǎn)生的時(shí)間彌散性對(duì)系統(tǒng)造成的碼間干擾。另外，由于引入保護(hù)間隔，在保護(hù)間隔大于最大多徑時(shí)延擴(kuò)展的情況下，可以最大限度地消除多徑帶來(lái)的符號(hào)間干擾。如果用循環(huán)前綴作為保護(hù)間隔，還可避免多徑帶來(lái)的信道間干擾。具體如圖《OFDM的基帶傳輸系統(tǒng)》所示。在過(guò)去的頻分復(fù)用（FDM）系統(tǒng)中，整個(gè)帶寬分成N個(gè)子頻帶，子頻帶之間不重疊，為了避免子頻帶間相互干擾，頻帶間通常加保護(hù)帶寬，但這會(huì)使頻譜利用率下降。為了克服這個(gè)缺點(diǎn)，OFDM采用N個(gè)重疊的子頻帶，子頻帶間正交，因而在接收端無(wú)需分離頻譜就可將信號(hào)接收下來(lái)。OFDM系統(tǒng)的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是正交的子載波可以利用快速傅利葉變換（FFT/IFFT）實(shí)現(xiàn)調(diào)制和解調(diào)。對(duì)于N點(diǎn)的IFFT運(yùn)算，需要實(shí)施N2次復(fù)數(shù)乘法，而采用常見(jiàn)的基于2的IFFT算法，其復(fù)數(shù)乘法僅為（N/2)log2N，可顯著降低運(yùn)算復(fù)雜度。優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)采用正交頻分復(fù)用可以提高電力線(xiàn)絡(luò)傳輸質(zhì)量，它是一種多載波調(diào)制技術(shù)。傳輸質(zhì)量的不穩(wěn)定意味著電力線(xiàn)絡(luò)不能保證如語(yǔ)音和視頻流這樣的實(shí)時(shí)應(yīng)用程序的傳輸質(zhì)量。然而，對(duì)于傳輸突發(fā)性的Internet數(shù)據(jù)流它卻是個(gè)理想的絡(luò)。即便是在配電受到嚴(yán)重干擾的情況下，OFDM也可提供高帶寬并且保證帶寬傳輸效率，而且適當(dāng)?shù)募m錯(cuò)技術(shù)可以確?？煽康臄?shù)據(jù)傳輸。OFDM的主要技術(shù)特點(diǎn)如下：⑴可有效對(duì)抗信號(hào)波形間的干擾，適用于多徑環(huán)境和衰落信道中的高速數(shù)據(jù)傳輸；⑵通過(guò)各子載波的聯(lián)合編碼，具有很強(qiáng)的抗衰落能力；⑶各子信道的正交調(diào)制和解調(diào)可通過(guò)離散傅利葉反變換IDFT和離散傅利葉變換DFT實(shí)現(xiàn)；⑷OFDM較易與其它多種接入方式結(jié)合，構(gòu)成MC-CDMA和OFDM-TDMA等。

發(fā)展發(fā)展OFDM的概念于20世紀(jì)50—60年底提出，1970年OFDM的專(zhuān)利被發(fā)表，其基本思想通過(guò)采用允許子信道頻譜重疊，但相互間又不影響的頻分復(fù)用（FDM）方法來(lái)并行傳送數(shù)據(jù)。OFDM早期的應(yīng)用有AN/GSC_10高頻可變速率數(shù)傳調(diào)制解調(diào)器等。早期的OFDM系統(tǒng)中，發(fā)信機(jī)和相關(guān)接收機(jī)所需的副載波陣列是由正弦信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的，系統(tǒng)復(fù)雜且昂貴。1972年Weinstein和Ebert提出了使用離散傅立葉變換實(shí)現(xiàn)OFDM系統(tǒng)中的全部調(diào)制和調(diào)解功能的建議，簡(jiǎn)化了振蕩器陣列以及相關(guān)接收機(jī)本地載波之間嚴(yán)格同步的問(wèn)題，為實(shí)現(xiàn)OFDM的全數(shù)字化方案做了理論上的準(zhǔn)備。80年代后，OFDM的調(diào)整技術(shù)再一次成為研究熱點(diǎn)。例如，在有線(xiàn)信道的研究中，Hirosaki于1981年用DFT完成的OFDM調(diào)整技術(shù)，試驗(yàn)成功了16QAM多路并行傳送19.2kbit/s的線(xiàn)MODEM.進(jìn)入90年代，OFDM的應(yīng)用又涉及到了利用移動(dòng)調(diào)頻和單邊帶（SSB）信道進(jìn)行高速數(shù)據(jù)通信，陸地移動(dòng)通信，高速數(shù)字用戶(hù)環(huán)路（HDSL），非對(duì)稱(chēng)數(shù)字用戶(hù)環(huán)路（ADSL）及高清晰度數(shù)字電視（HDTV）和陸地廣播等各種通信系統(tǒng)。由于技術(shù)的可實(shí)現(xiàn)性，在二十世紀(jì)90年代，OFDM廣泛用干各種數(shù)字傳輸和通信中，如移動(dòng)無(wú)線(xiàn)FM信道，高比特率數(shù)字用戶(hù)線(xiàn)系統(tǒng)（HDSL），不對(duì)稱(chēng)數(shù)字用戶(hù)線(xiàn)系統(tǒng)（ADSL)，甚高比特率數(shù)字用戶(hù)線(xiàn)系統(tǒng)HDSI〕，數(shù)字音頻廣播（DAB）系統(tǒng)，數(shù)字視頻廣播（DVB）和HDTV地面?zhèn)鞑ハ到y(tǒng)。1999年，IEEE802.lla通過(guò)了一個(gè)SGHz的無(wú)線(xiàn)局域標(biāo)準(zhǔn)，其中OFDM調(diào)制技術(shù)被采用為物理層標(biāo)準(zhǔn)，使得傳輸速率可以達(dá)54MbPs。應(yīng)用應(yīng)用數(shù)字聲廣播工程歐洲的數(shù)字聲廣播工程（DAB）－DABEUREKA147計(jì)劃已成功的使用了OFDM技術(shù)。為了克服多個(gè)基站可能產(chǎn)生的重聲現(xiàn)象，人們?cè)贠FDM的信號(hào)前增加了一定的保護(hù)時(shí)隙，有效的解決了基站間的同頻干擾，實(shí)現(xiàn)了單頻廣播，大大減少了整個(gè)廣播占用的頻帶寬度。HFCHFC(HybridFiberCable）是一種光纖/同軸混合。近來(lái)，OFDM被應(yīng)用到有線(xiàn)電視中，在干線(xiàn)上采用光纖傳輸，而用戶(hù)分配絡(luò)仍然使用同軸電纜。這種光電混合傳輸方式，提高了圖像質(zhì)量，并且可以傳到很遠(yuǎn)的地方，擴(kuò)大了有線(xiàn)電視的使用范圍。移動(dòng)通信在移動(dòng)通信信道中，由多徑傳播造成的時(shí)延擴(kuò)展在城市地區(qū)大致為幾微秒到數(shù)十微秒，這會(huì)帶來(lái)碼間干擾，惡化系統(tǒng)性能。近年來(lái)，國(guó)外已有人研究采用多載波并傳16QAM調(diào)制的移動(dòng)通信系統(tǒng)。將OFDM技術(shù)和交織技術(shù)、信道編碼技術(shù)結(jié)合，可以有效的對(duì)抗碼間干擾，這已成為移動(dòng)通信環(huán)境中抗衰落技術(shù)的研究方向。

技術(shù)技術(shù)峰值平均功率由于OFDM信號(hào)在時(shí)域上為N個(gè)正交子載波信號(hào)的疊加，當(dāng)這N個(gè)信號(hào)恰好都以峰值出現(xiàn)并將相加時(shí)，OFDM信號(hào)也產(chǎn)生最大峰值，該峰值功率是平均功率的N倍。這樣，為了不失真地傳輸這些高峰均值比的OFDM信號(hào)，對(duì)發(fā)送端和接收端的功率放大器和A/D變換器的線(xiàn)性度要求較高，且發(fā)送效率較低。解決方法一般有下述三種途徑：⑴信號(hào)失真技術(shù)采用峰值修剪技術(shù)和峰值窗口去除技術(shù)，使峰值振幅值簡(jiǎn)單地非線(xiàn)性去除；⑵采用編碼方法將峰值功率控制和信道編碼結(jié)合起來(lái)，選用合適的編碼和解碼方法，以避免出現(xiàn)較大的峰值信號(hào)；⑶擾碼技術(shù)采用擾碼技術(shù)，對(duì)所產(chǎn)生OFDM信號(hào)的相位重新設(shè)置，使互相關(guān)性為0，這樣可以減少OFDM的PAPR。這里所采用的典型方法為PTS和SLM。同步技術(shù)與其它數(shù)字通信系統(tǒng)一樣，OFDM系統(tǒng)需要可靠的同步技術(shù)，包括定時(shí)同步、頻率同步和相位同步，其中頻率同步對(duì)系統(tǒng)的影響最大。移動(dòng)無(wú)線(xiàn)信道存在時(shí)變性，在傳輸過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)無(wú)線(xiàn)信號(hào)的頻率偏移，這會(huì)使OFDM系統(tǒng)子載波間的正交性遭到破壞，使子信道間的信號(hào)相互干擾，因此頻率同步是OFDM系統(tǒng)的一個(gè)重要問(wèn)題。問(wèn)題問(wèn)題⑴由于傳送端及接收端的取樣速率不一樣，會(huì)造成取樣點(diǎn)的誤差，會(huì)造成幅度失真，相位飄移（phaseshift),ICI等影響。⑵傳送接收端的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的多普勒效應(yīng)也會(huì)造成相位carrierphaseoffset，在產(chǎn)生高頻載波時(shí)由于都會(huì)有起始相位，所以很難用人為因素使傳送端高頻載波和接收端載波完全同步。⑶由于OFDM信號(hào)是由多個(gè)調(diào)制后的子載波信號(hào)的線(xiàn)性疊加，因此可能會(huì)造成比平均信號(hào)準(zhǔn)位高的瞬間尖峰信號(hào)，進(jìn)而產(chǎn)生高峰值對(duì)均值功率比效應(yīng)。⑷phaseoffset傳送升頻及接收端降頻載波的頻率不同步，會(huì)造成carrierfrequencyoffset。傳送及接收端的相對(duì)運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的dopplershift也會(huì)產(chǎn)生CFO。

比較比較與其他無(wú)線(xiàn)傳播比較不同的無(wú)線(xiàn)載波調(diào)制方式有不同的特性。這些特性決定了在不同距離上傳輸不同數(shù)據(jù)量的能力。以下提及的載波調(diào)制方式已被運(yùn)用到各種無(wú)線(xiàn)技術(shù)中，正交頻分復(fù)用與他們相比的區(qū)別分別為：一固定頻率在一個(gè)特定的頻段范圍（通常非常窄）內(nèi)傳播信號(hào)的方式。通過(guò)此方式傳輸?shù)男盘?hào)通常要求高功率的信號(hào)發(fā)射器并且獲得使用許可。如果遇到較強(qiáng)的干擾，信道內(nèi)或者附近的固定頻率發(fā)射器將受到影響。對(duì)于許可證的要求就是為了減少相鄰的系統(tǒng)在使用相同的信道時(shí)產(chǎn)生的干擾。二跳頻