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(shuō)多種多樣，變化日新月異，從初 的有線通信到無(wú)線通信，再到現(xiàn)在的光纖通信。然而，從通信技術(shù)的實(shí)質(zhì)來(lái)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(jìn)展并不多。近年來(lái)，隨著 DSP芯片技術(shù)的發(fā)展，傅立葉變換／反變換、高速M(fèi)odem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(yīng)技術(shù)、插入保護(hù) 時(shí)段、減少均衡計(jì)算量等成熟技術(shù)的逐步引入，OFDM作為一種可以有效對(duì)抗信號(hào)波形間干擾的高速傳輸技術(shù)，引起了廣泛關(guān)注。人們開(kāi)始集中越來(lái)越多的精力開(kāi) 發(fā)OFDM技術(shù)在移動(dòng)通信領(lǐng)域的應(yīng)用，預(yù)計(jì)第三代以后的移動(dòng)通信的主流技術(shù)將是OFDM技術(shù)。

　　什么是OFDM技術(shù)呢？

　　OFDM 的英文全稱為Orthogonal Frequency Division Multiplexing，中文含義為正交頻分復(fù)用技術(shù)。這種技術(shù)是HPA聯(lián) 盟（HomePlug Powerline Alliance）工業(yè)規(guī)范的基礎(chǔ)，它采用一種不連續(xù)的多音調(diào)技術(shù)，將被稱為載波的不同頻率中的大量信號(hào)合并 成單一的信號(hào)，從而完成信號(hào)傳送。由于這種技術(shù)具有在雜波干擾下傳送信號(hào)的能力，因此常常會(huì)被利用在容易外界干擾或者抵抗外界干擾能力較差的傳輸介質(zhì)中。

　　一、OFDM基礎(chǔ)

　　OFDM是多載波數(shù)字調(diào)制技術(shù)，它將數(shù)據(jù)經(jīng)編碼后調(diào)制為射頻信號(hào)。不像常規(guī)的單載波技術(shù)，如AM/FM（調(diào)幅/調(diào)頻）在某一時(shí)刻只用單一頻率發(fā)送單一信號(hào)，OFDM在經(jīng)過(guò)特別計(jì)算的正交頻率上同時(shí)發(fā)送多路高速信號(hào)。這一結(jié)果就如同在噪聲和其它干擾中突發(fā)通信一樣有效利用帶寬。

　　其實(shí)，OFDM并不是如今發(fā)展起來(lái)的新技術(shù)，OFDM技術(shù)的應(yīng)用已有近40年的歷史，主要用于軍用的無(wú)線高頻通信系統(tǒng)。但是，一個(gè)OFDM系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)非常復(fù) 雜，從而限制了其進(jìn)一步推廣。直到70年代，人們提出了采用離散傅立葉變換來(lái)實(shí)現(xiàn)多個(gè)載波的調(diào)制，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，使得OFDM技術(shù)更趨于實(shí)用化。八十年 代，人們研究如何將OFDM技術(shù)應(yīng)用于高速M(fèi)ODEM。進(jìn)入九十年代以來(lái)，OFDM技術(shù)的研究深入到無(wú)線調(diào)頻信道上的寬帶數(shù)據(jù)傳輸。目前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)域和民用通信系統(tǒng)中，主要的應(yīng)用包括：非對(duì)稱的數(shù)字用戶環(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)線局域網(wǎng)（ WLAN）等。

　　OFDM是一種無(wú)線環(huán)境下的高速傳輸技術(shù)。無(wú)線信道的頻率 響應(yīng)曲線大多是非平坦的，而OFDM技術(shù)的主要思想就是在頻域內(nèi)將給定信道分成許多正交子信道，在每個(gè)子信道上使用一個(gè)子載波進(jìn)行調(diào)制，并且各子載波并行 傳輸。這樣，盡管總的信道是非平坦的，具有頻率選擇性，但是每個(gè)子信道是相對(duì)平坦的，在每個(gè)子信道上進(jìn)行的是窄帶傳輸，信號(hào)帶寬小于信道的相應(yīng)帶寬，因此 就可以大大消除信號(hào)波形間的干擾。由于在OFDM系統(tǒng)中各個(gè)子信道的載波相互正交，于是它們的頻譜是相互重疊的，這樣不但減小了子載波間的相互干擾，同時(shí) 又提高了頻譜利用率。

　　FDM技術(shù)屬于多載波調(diào)制（Multi-Carrier Modulation, MCM）技術(shù)。有些文 獻(xiàn)上將OFDM和MCM混用，實(shí)際上不夠嚴(yán)密。MCM與OFDM常用于無(wú)線信道，它們的區(qū)別在于：OFDM技術(shù)特指將信道劃分成正交的子信道，頻道利用率 高；而MCM，可以是更多種信道劃分方法。

　　OFDM技術(shù)的推出其實(shí)是為了提高載波的頻譜利用率，或者是為了改進(jìn)對(duì)多載波的調(diào)制用的，它的 特點(diǎn)是各子載波相互正交，使擴(kuò)頻調(diào)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(duì)每個(gè)載波完成調(diào)制以后，為了增加數(shù)據(jù)的吞吐量，提高數(shù)據(jù)傳 輸?shù)乃俣龋植捎昧艘环N叫作HomePlug的處理技術(shù)，來(lái)對(duì)所有將要被發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)位的載波進(jìn)行合并處理，把眾多的單個(gè)信號(hào)合并成一個(gè)獨(dú)立的傳輸信號(hào) 進(jìn)行發(fā)送。 另外OFDM之所以備受關(guān)注，其中一條重要的原因是它可以利用離散傅立葉反變換/離散傅立葉變換（IDFT/DFT）代替多載波調(diào)制和解調(diào)。

　　二、OFDM的應(yīng)用

　　近，OFDM已于幾例歐洲無(wú)線通信應(yīng)用中被采用，如ETSI標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字音頻廣播（DAB）、陸地?cái)?shù)字視頻廣播（DVB-T）。在美國(guó)，OFDM應(yīng)用于MMDS(多點(diǎn)多信道分布式服務(wù))。WLAN應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.11a和ETSI(歐洲通信標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì))的HiperLAN/2標(biāo)準(zhǔn)同樣采用OFDM作為調(diào)制方式。有線應(yīng)用也同樣采用了基于OFDM的系統(tǒng)，如在xDSL中的離散多音頻系統(tǒng)和有線調(diào)制器應(yīng)用。

　　基于OFDM的AT&T固定無(wú)線寬帶用戶服務(wù)到2002年底計(jì)劃達(dá)到1500萬(wàn)戶。AT&T和北電網(wǎng)絡(luò)正在考慮第四代無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的可行性，以EDGE(演進(jìn)的增強(qiáng)數(shù)據(jù))作為上行，OFDM作為下行。

　　對(duì)這些應(yīng)用在物理層采用OFDM的優(yōu)勢(shì)在于對(duì)窄帶信道簡(jiǎn)化均等，高的系統(tǒng)吞吐量，和噪聲抑制。

　　三、OFDM結(jié)構(gòu)

　　OFDM結(jié)構(gòu)可根據(jù)OFDM數(shù)據(jù)處理流程分為發(fā)送部分的前向糾錯(cuò)編碼器、交錯(cuò)器、星座圖映射、串并轉(zhuǎn)換器及接收部分的反向快速富里葉變換器、并串轉(zhuǎn)換器、循環(huán)前綴插入、整形有限激勵(lì)響應(yīng)過(guò)濾器、數(shù)模轉(zhuǎn)換等模塊。

　　OFDM調(diào)制采用信道編碼來(lái)抑制多徑效應(yīng)，數(shù)據(jù)符號(hào)映射到一個(gè)相應(yīng)的星座圖上(如同QPSK，QAM)，結(jié)果I和Q值存儲(chǔ)在緩沖中，并應(yīng)用了快速富里葉反變換(IFFT)。IFFT在正交載波上進(jìn)行調(diào)制。數(shù)據(jù)被準(zhǔn)備發(fā)送并被串行化另外為抵抗多徑效應(yīng)加上一個(gè)循環(huán)前綴。經(jīng)過(guò)處理的信號(hào)被送到天線上被發(fā)送出去。

　　1．功能模塊

　?。?）前向糾錯(cuò)(ForwardErrorCorrection)

　　信道編碼采用Reed-Solomon碼、卷積糾錯(cuò)碼、維特比碼或TURBO碼。

　?。?）交錯(cuò)器

　　交錯(cuò)器用于降低在數(shù)據(jù)信道中的突發(fā)錯(cuò)誤，交錯(cuò)后的數(shù)據(jù)通過(guò)一個(gè)串并行轉(zhuǎn)換器，將IQ映射到一個(gè)相應(yīng)的星座圖上。

　?。?）星座圖（略）

　　多載波OFDM被認(rèn)為優(yōu)于N個(gè)獨(dú)立的由單載波調(diào)制的子頻帶。星座圖將符號(hào)映射到相應(yīng)的星座點(diǎn)上。這一過(guò)程產(chǎn)生IQ值，它們被過(guò)濾并送到IFFT上進(jìn)行變換。

　?。?）緩沖

　　用于存儲(chǔ)送到IFFT前的IQ值。IFFT可快速、高效應(yīng)用離散富里葉變換功能并數(shù)學(xué)生成用于OFDM傳輸?shù)恼惠d波。OFDM的為IFFT，IFFT調(diào)制每一個(gè)子信道到高的正交載波上，信道化后的數(shù)據(jù)注入到一個(gè)并串緩沖器，串行數(shù)據(jù)通過(guò)DAC變換為發(fā)送做準(zhǔn)備。

　?。?）并串轉(zhuǎn)換器

　　用于將并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)。

　　（6）循環(huán)前綴

　　循環(huán)前綴為單個(gè)的OFDM符號(hào)個(gè)體創(chuàng)建一個(gè)保護(hù)帶，在信噪比邊緣損耗中被丟掉以極大的減少ISI。整形有限激勵(lì)響應(yīng)過(guò)濾器(ShaperFIRFilter)用于整形信號(hào)。

　　2．OFDM技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

　?。?）在窄帶帶寬下也能夠發(fā)出大量的數(shù)據(jù)。OFDM技術(shù)能同時(shí)分開(kāi)至少1000個(gè)數(shù)字信號(hào)，而且在干擾的信號(hào)周圍可以安全運(yùn)行的能力將直接威脅到目前市場(chǎng)上已經(jīng)開(kāi)始流行的CDMA技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展壯大的態(tài)勢(shì)，正是由于具有了這種特殊的信號(hào)“穿透能力”使得OFDM技術(shù)深受歐洲通信營(yíng)運(yùn)商以及手機(jī)生產(chǎn)商的喜愛(ài)和歡迎，例如加利福尼亞Cisco系統(tǒng)公司、紐約Flarion工學(xué)院以及朗訊工學(xué)院等開(kāi)始使用，在加拿大Wi-LAN工學(xué)院也開(kāi)始使用這項(xiàng)技術(shù)。

　　(2)OFDM技術(shù)能夠持續(xù)不斷地監(jiān)控傳輸介質(zhì)上通信特性的突然變化，由于通信路徑傳送數(shù)據(jù)的能力會(huì)隨時(shí)間發(fā)生變化，所以O(shè)FDM能動(dòng)態(tài)地與之相適應(yīng)，并且接通和切斷相應(yīng)的載波以保證持續(xù)地進(jìn)行成功的通信；

　　(3)該技術(shù)可以自動(dòng)地檢測(cè)到傳輸介質(zhì)下哪一個(gè)特定的載波存在高的信號(hào)衰減或干擾脈沖，然后采取合適的調(diào)制措施來(lái)使指定頻率下的載波進(jìn)行成功通信；

　　(4)OFDM技術(shù)特別適合使用在高層建筑物、居民密集和地理上突出的地方以及將信號(hào)散播的地區(qū)。高速的數(shù)據(jù)傳播及數(shù)字語(yǔ)音廣播都希望降低多徑效應(yīng)對(duì)信號(hào)的影響。

　　(5)OFDM技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)抗頻率選擇性衰落或窄帶干擾。在單載波系統(tǒng)中，單個(gè)衰落或干擾能夠?qū)е抡麄€(gè)通信鏈路失敗，但是在多載波系統(tǒng)中，僅僅有很小一部分載波會(huì)受到干擾。對(duì)這些子信道還可以采用糾錯(cuò)碼來(lái)進(jìn)行糾錯(cuò)。

　　(6)可以有效地對(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。當(dāng)信道中因?yàn)槎鄰絺鬏敹霈F(xiàn)頻率選擇性衰落時(shí)，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(tǒng)總的誤碼率性能要好得多。

　　(7)通過(guò)各個(gè)子載波的聯(lián)合編碼，具有很強(qiáng)的抗衰落能力。OFDM技術(shù)本身已經(jīng)利用了信道的頻率分集，如果衰落不是特別嚴(yán)重，就沒(méi)有必要再加時(shí)域均衡器。通過(guò)將各個(gè)信道聯(lián)合編碼，則可以使系統(tǒng)性能得到提高。

　　(8)OFDM技術(shù)抗窄帶干擾性很強(qiáng)，因?yàn)檫@些干擾僅僅影響到很小一部分的子信道。

　　(9)可以選用基于IFFT/FFT的OFDM實(shí)現(xiàn)方法；

　　(10)信道利用率很高，這一點(diǎn)在頻譜資源有限的無(wú)線環(huán)境中尤為重要；當(dāng)子載波個(gè)數(shù)很大時(shí)，系統(tǒng)的頻譜利用率趨于2Baud/Hz。

　　3．OFDM技術(shù)的兩個(gè)缺陷

　　（1）對(duì)頻率偏移和相位噪聲很敏感。

　?。?）峰值與均值功率比相對(duì)較大，這個(gè)比值的增大會(huì)降低射頻放大器的功率效率。

　　在具體設(shè)備設(shè)計(jì)制造中，各廠商采取了不同的措施來(lái)抵消其影響。

　　近年來(lái)，隨著DSP芯片技術(shù)的發(fā)展，富里葉變換／反變換、高速M(fèi)odem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(yīng)技術(shù)、插入保護(hù)時(shí)段、減少均衡計(jì)算量等成熟技術(shù)的逐步引入，OFDM作為一種可以有效對(duì)抗信號(hào)波形間干擾的高速傳輸技術(shù)將被更廣泛應(yīng)用于寬帶移動(dòng)通信領(lǐng)域。