OFDM调制技术及应用

蒋金　孙中伟

摘 要：作为一种多载波的调制复用技术，近年来，正交频分复用（OFDM）技术已经逐渐应用到现代通信系统中，成为当今无线通信领域中研究的热点。本文首先对于OFDM技术的原理进行简述，进而引出OFDM的几方面优点，最后介绍OFDM技术的实际应用，从而使人们意识到研究0FDM技术在无线和有线信息传输领域的重要性。

关键词：OFDM的原理；OFDM的优点；OFDM的应用

1 OFDM技术的原理

OFDM是一种高效的数据传输方式，其基本思想是在频域内将给定信道分成许多正交子信道，在每个子信道上使用一个子载波进行调制，并且各子载波并行传输。这样，尽管总的信道是非平坦的，具有频率选择性，但是每个子信道上进行的是窄带传输，信号带宽小于信道的相应带宽，因此就可以大大消除信号波形间的干扰。OFDM相对于一般的多载波传输的不同之处是他允许子载波频谱部分重叠，只要满足子载波问相互正交，则可以从混叠的子载波上分离出数据信号。

2 OFDM技术的优点

由上述原理可以分析得出，OFDM技术相对于其他的一些调制技术，主要有以下四方面优点。首先是其频谱利用率高：由于OFDM系统各个子信道之间存在正交性，允许子信道的频谱相互重叠，因此和常规的频分复用系统相比，OFDM系统可以最大限度地利用频谱资源，这点对于目前频谱资源稀缺的无线环境是非常重要的。其次是它可以有效地对抗符号间的干扰：由于OFDM系统采用多个正交子载波并行传输数据，把高速数据流经过串/并转换，调制到各个子载波上进行并行传输，使得各个子载波上的数据符号持续长度相对增加，这样在每一路上的数据速率大大降低，从而可以有效地减小无线信道的时间弥散所带来的ISI。另外其系统的实现也比较简单：由于OFDM的调制和解调方式分别是采用IDFT和DFT来实现的。在子载波数很大的系统中，可以通过采用FFT来实现。随着大规模集成电路技术与DSP技术的发展，IFFT和FFT的实现都十分容易，这也进一步地推动了OFDM技术的发展。它还可以有效抵抗窄带干扰：因为窄带干扰只能影响一部分的子载波，而与单载波系统相比，OFDM传输技术最重要的优越性体现在频率选择性衰落信道上，当一个子载波受到衰落影响时，其他的子载波仍然可以正常传输数据，因此OFDM系统可以在某种程度上抵抗这种窄带干扰。

3 OFDM技术的应用

3.1 地面广播传输中的OFDM应用

因为数字广播系统的音频和视频编码朝着国际上同一的标准发展，所以数字外部广播链路的信源编码采用同一标准。信源的比特率要在传输容量与信源的质最之间找到一个平衡点。DTT中的OFDM的有效码元的长度要考虑传播路径的延时和时变衰减。同时这个参数还取决于硬件的限制，即硬件技术的发展对OFDM装置性能的改善起着重要的作用。传统情况下，在大规模的电视直播传输中需要大量的接收基站和定向天线，当应用OFDM-DTT时，可以减少基站的数量并应用非定向的天线。又由于它的良好的抗多径传播性能，OFDM调制方案还能够形成单一频率网络。

3.2 电力线通信中的OFDM应用

电力线不同于普通的数据通信线路，当作为一种数据传输的媒介时遇到许多干扰，为了克服各种干扰，电力线通信系统可主要釆用OFDM等调制技术。OFDM调制技术可以高效利用带宽，因此可采用更先进的通道编码技术，能够在窄带干扰、脉冲噪声和频率选择性衰减的情况下提供非常可靠的通信。

3.3 宽带无线中的OFDM应用

OFDM技术应用于无线局域网IEEE802.11和HiperLAN2以及无线城域网IEEE802.16等系统。其中，在802.11a标准中，OFDM在20Mhz频段能够提供高达54Mbit/s速率的原始数据传输。其中802.16a标准规范中明确定义了OFDM技术作为无线数据传输方式，并规定在特许频段，可以使用单载波调制或正交频分复用，而对于非特许频段，必须使用正交频分复用调制方式。

3.4 4G中的应用

4G中OFDM将与MIMO相结合，与目前使用天线不同，MIMO技术在发送端将要发送的信息空时编码形成多个信息流，再用多天线发送，在接收端用多个天线接收，这样就能利用信道传输中的多径分量，在不需要增加频谱资源和天线发射功率的情况下可以成倍地提高信道容量，但MIMO技术对频率选择性衰落无能为力，而OFDM在这方面有其独到优势，因而两者的结合将会发挥更大的优势，成为实现4G中的更有效的方法。

4 结束语

OFDM技术凭借其抗干扰能力强、频谱利用率高、系统实现简单、成本较低等等原因越来越得到人们的关注。随着人们对于通信数据化、宽带化、移动化和个人化的更高需求，OFDM技术在移动通信领域、无线宽带领域以及第四代通信领域将得到越来越广泛的应用，前途无量。

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