OFDM技術,OFDM技術原理是什么?

基本定義或原理：

OFDM是 Orthogonal Frequency Division Multiplexing的縮寫，即正交頻分復用，是一種無線環境下的高速傳輸技術，也可以看作一種特殊的FDM形式。OFDM 技術的主要思想就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。對于移動通信，其信道的頻率響應曲線大多是非平坦的，具有頻率選擇性，但是每個子信道而言又是相對平坦的，在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。由于這種技術具有在雜波干擾下傳送信號的能力，因此常常會被利用在容易外界干擾或者抵抗外界千擾能力較差的傳輸介質中。

OFDM技術的發展與應用

在一個世紀以前，人們就在一個寬帶信道中，利用多個不同的載波頻率來傳輸許多低速率的信號(如電報信號)。但是在這種情況下，載波頻率之間要相隔足夠遠，還需要一些保護頻帶，以確保載波頻譜不重疊。因此該系統的頻譜效率很低。于是在1957年Doelz等提出了一種各個載波頻率在一個符號周期內正交的FDM技術，它允許載波頻譜重疊，大大提高了系統的頻譜利用率.在1966年，Chang等提出了利用濾波和限制帶寬來保證子載波間的正交性。這種方法來保持OFDM子載波的正交性，實現起來結構非常復雜，隨著子載波數的增加，復雜度也不斷增加，使其沒有受到足夠重視，從而也限制了該技術的進一步推廣。直到1971年，Weinstein等人提出了基于離散傅立葉變換(DFT)的頻域數據傳輸，大大簡化了系統結構，使得OFDM技術真正被重視起來。之后，圍繞OFDM技術的研究也相應展開。80年代，人們研究了如何將OFDM技術應用于高速MODEM。到90年代，OFDM技術的研究深入到無線調頻信道上的寬帶數據傳輸。

而今，以OFDM技術為核心的各項標準也己制定，如歐洲1997年提出的數字視頻地面廣播(DVB-T)以及IEEE802.11標準系列，日本1999年提出的地面綜合業務數字廣播ISDB-T等等。并且OFDM技術在這些標準的前提下，也被廣泛應用于高速寬帶數字通信系統，如非對稱的數字用戶環路(ADSL), ETSI標準的數字音頻廣播(DAB)、數字視頻廣播(DVB)、高清晰度電視(HDTV)、無線局域網(WLAN)等。

由于人們對通信數據化、寬帶化、個人化和移動化的迫切需求，OFDM 技術在綜合無線接入領域將越來越得到廣泛的應用。隨著DSP芯片技術的發展，傅立葉變換/反變換、高速Modem采用的64/128/256QAM技術、柵格編碼技術、軟判決技術、信道自適應技術、插入保護時段、減少均衡計算量等成熟技術的逐步引入，人們已開始集中越來越多的精力開發OFDM技術在移動通信領域的應用.預計第三代以后的移動通信的主流技術將是OFDM技術。

OFDM優點與缺點

OFDM 技術具有廣闊的應用前景，如同CDMA作為第三代的核心技術一樣，OFDM也將會成為第四代移動通信系統的核心技術。但這之間還有很長一段路程，因為OFDM技術盡管有很多誘人的優勢，但它同樣也具有嚴重的缺點。

OFDM技術提高了系統的頻譜利用率，它改進了對多載波的調制，其特點是各子載波相互正交，使擴頻調制后的頻譜可以相互重疊，從而減小了子載波間的相互干擾。在對每個載波完成調制以后，為了增加數據的吞吐量，提高數據傳輸的速度，它又采用HomePlug處理技術，來對所有將要被發送數據信號位的載波進行合并處理，把眾多的單個信號合并成一個獨立的傳輸信號進行發送。HomePlug技術通過對獨立的調制載波和輸電線傳輸介質的特性進行比較，來提高OFDM的基本應用性能。然后，確定在此傳輸介質下哪一個特定的載波存在高的信號衰減或干擾脈沖，而這樣的衰減或脈沖會影響載波成功傳送數據的能力.HomePlug技術據此自動地確定一個能保證成功通信的門限，以便與傳輸介質的特性相適應。如果衰減或雜波千擾非常大，使得某個頻率不能進行成功的通信，HomePlug將不會使用此頻率的載波。HomePlug技術不間斷地監控輸電線介質上通信特性的突然變化，由于通信路徑傳送數據的能力會隨時間發生變化，所以HomePlug動態地與之相適應，并且接通和切斷相應的載波以保證持續地進行成功的通信。另外，OFDM之所以備受關注，是因為該多載波調制和解調可以IDFT和DFT來實現。綜上所述，我們可以歸納OFDM的優點如下:

(1) OFDM的最大優點是對抗頻率選擇性衰落或窄帶千擾。在單載波系統中，單個衰落或干擾能夠導致整個通信鏈路失敗，但是在多載波系統中，僅僅有很小一部分載波會受到干擾。對這些子信道可以采用糾錯碼來進行糾錯。

(2) 可以有效地對抗信號波形間的干擾，適用于多徑環境和衰落信道中的高速數據傳輸。當信道中因為多徑傳輸而出現頻率選擇性衰落時，只有落在頻帶凹陷處的子載波以及其攜帶的信息受影響，其他的子載波未受損害，因此系統總的誤碼率性能要好得多。

(3) 通過各個子載波的聯合編碼，具有很強的抗衰落能力。OFDM技術本身己經利用了信道的頻率分集，如果衰落不是特別嚴重，就沒有必要再加時域均衡器。通過將各個信道聯合編碼，則可以使系統性能得到提高。

(4) OFDM技術的信道利用率很高，這一點在頻譜資源有限的無線環境中尤為重要。當子載波個數很大時，系統的頻譜利用率趨于2Baud/Hz。

(5)OFDM調制方式可以用FFT來實現。基于目前成熟的DSP技術會使得OFDM的實現更簡單。

盡管擁有這么多的優點，但OFDM技術本身仍然存在兩個嚴重缺陷:

(1)對載波頻率偏移和相位噪聲特別敏感;

(2)當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。

另外，OFDM 技術在具體實現中，也存在一些問題需要解決，比如定時同步、采樣頻率偏移以及信道估計均衡等諸多問題。近年來，許多學者圍繞這些問題進行了大量研究工作，并且也取得了許多進展。