【正文】 取得平衡。 自適應調制能夠擴大系統(tǒng)容量，但它要求信號必須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制方式 。為了提高頻譜利用率，應該使用與信噪比相匹配的調制方式。 OFDM 每個載波所使用的調制方法可以不同。 OFDM 盡管還是一種頻分復用（ FDM） ，但已完全不同于過去的 FDM。 OFDM 增強了抗頻率選擇性衰落和抗窄帶干擾的能力。 MCM 與 OFDM 常用于無線信道，它們的區(qū)別在于： OFDM 技術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。這樣，盡管總的信道是非平坦的，具有頻率選擇性，但是每個子信道是相對平坦的，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。進入九十年代以來， OFDM技術的研究深入到無線調頻信道上的寬帶數(shù)據(jù)傳輸。 其實， OFDM 并不是如今發(fā)展起來的新技術，OFDM 技術的應用已有 近 40 年的歷史，主要用于軍用的無線高頻通信系統(tǒng)。人們開始集中越來越多的精力開發(fā) 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。Development。本文首先分析了 OFDM的基本原理，并說明其技術優(yōu)點和缺點，然后提及有關 OFDM技術發(fā)展方面的一些信息?，F(xiàn)在，OFDM在許多領域取得成功應用，這里對有關無線局域網中的 OFDM應用現(xiàn)狀 作了簡要說明， 對 OFDM的應用前景也作了展望。Present Situation and Prospect of Application 前 言 隨著通信技術的不斷成熟和發(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。 第 1章 OFDM 技術 OFDM 的英文全 稱為 Orthogonal （直角的，相互垂直的） Frequency Division Multiplexing，中文含義為正交頻分復用技術。但是，一個 OFDM 系統(tǒng)的結構非常復雜，從而限制了其進一步推廣。目前 OFDM 技術已經被廣泛應用于廣播式的音頻和視頻領域和民用通信系統(tǒng)中，主要的應用包括：非對稱的數(shù)字用戶環(huán)路（ ADSL）、 ETSI 標準的數(shù)字音頻廣播（ DAB）、數(shù) 字視頻廣播（ DVB）、高清晰度電視 (HDTV）、無線局域網（ WLAN）等。由于在 OFDM 系統(tǒng)中各個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，同時又提高了頻譜利用率。 OFDM 技術的推出其實是為了提高載波的頻譜利用率，或者是為了改進對多載波的調制用的 ， 它的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 。在單載波系統(tǒng)中，單個衰落或者干擾可能導致整個鏈路不可用，但在多載波的 OFDM 系統(tǒng)中，只會有 一小部分載波受影響。 OFDM 的接收機實際上是通過 FFT 實現(xiàn)的一組解調器。各個載波能夠根據(jù)信道狀況的 不同選擇不同的調制方式，比如 BPSK、 QPSK、 8PSK、 16QAM、 64QAM等等，以頻譜利用率和誤碼率之間的最佳平衡為原則?？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 調制，以確保在信道最壞條件下的信噪比要求，但是這兩種調制方式的頻譜效率很低。終端還要定期更新調制信息，這也會增加更多的開銷比特。也就是說對于一個發(fā)射臺，如果它有良好的信道，在發(fā)送功率保持不變的情況下，可使用較高的調制方案如 64QAM；如果功率減小，調制方案也就可以相應降低，使用 QPSK 方式等。 第 1 節(jié) OFDM 基本原理簡介 OFDM 是一種高速數(shù)據(jù)傳輸技術，該技術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制。而現(xiàn)代 OFDM 系統(tǒng)采用數(shù) 字信號處理技術，各子載波的產生和接收都由數(shù)字信號處理算法完成，極大地簡化了系統(tǒng)的結構。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。要發(fā)送的串行二進制數(shù)據(jù)經過數(shù)據(jù)編碼器形成了 M 個復數(shù)序列，此復數(shù)序列經過串并變換器變換后得到碼元周期為 T 的M 路并行碼，碼型選用不歸零方波。 下面對 OFDM的信號流程作較詳細地分析，經過BPSK、 QPSK、 16QAM、 64QAM 中的數(shù)字調制映射得到的串型符號流 {dn}， n=0， 1，?， M1，先取M個符號將其分配到 M路子信道中，每個符號調制 M個子載波（下面用復指數(shù)表示為： exp(jω kt),k=0,1,?M1）中的一個，然后將調制后得到的信號相加，得到 OFDM符號再重復上述過程，發(fā)送下 M個符號。對（ 1）中等效復基帶信號以 T/M的速率進行抽樣，即令 t=kT/M,(k=0,1,?，M1),得到： 看見 Sk即是對 di進行 IDFT運算，容易推得在接收端同樣可以用 DFT恢復原始的數(shù)據(jù)信號 {dn}，在接收端對接收到的 Sk進行 DFT變換即得： 由于 DSP技術的發(fā)展，在 OFDM系統(tǒng)調制解調的實際應用中可以采用快速算法 IFFT/FFT實現(xiàn) IDFT/DFT的理論計算，這為 OFDM技術的推廣創(chuàng)造了極為有利的條件。 OFDM的 數(shù)據(jù)速率也與子載波的數(shù)量有關。為了提高頻譜利用率，應該使用與信噪比相匹配的調制方式。自適應調制能夠擴大系統(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制方式。如果在差的信道上使用較高的調制方式，就會產生很高的誤碼率，影響系統(tǒng)的可用性。OFDM技術能同時分開至少 1000個數(shù)字信號，而且在干擾的信號周圍可以安全的運行的能力將直接威脅到目前市場上已經開始流行的 CDMA技術的進一步發(fā)展壯大的態(tài)勢，正是由于具有了這種特殊的信號“穿透能力 ”使得 OFDM技術深受歐洲通信營運商以及手機生產商的喜愛和歡迎，例如加利福尼亞 Cisco系統(tǒng)公司、紐約 Flarion工學院以及朗訊工學院等開始使用，在加拿大 WiLAN工學院也開始使用這項技術。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。 再者，適合高速數(shù)據(jù)傳輸。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。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。 不過 近年來，圍繞 OFDM存在的兩個缺陷，業(yè)內人士進行了大量研究工作，并且已經取得了進展。 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。小波 /小波包調制與多址技術結合，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 /小波包調制技術的可行性與先進性，具有廣闊的發(fā)展前景。選擇 OFDM 作為數(shù)字音頻廣播和數(shù)字視頻廣播（ DVB）的主要原因在于： OFDM 技術可以有效地解決多徑時延擴展問題。 第 2 節(jié) 無線局域網 大家知道， HiperLAN/2 物理層應用了 OFDM 和鏈路自適應技術，媒體接入控制（ MAC）層采用面向連接、集中資源控制的 TDMA/TDD 方式和無線ATM 技術，最高速率達 54Mbps，實際應用最低也能保持在 20Mbps 左右。如 和 采用 OFDM調制技術，提高了傳輸速率，增加了網絡吞吐量。為了進一步提升無線局域網的數(shù)據(jù)傳輸速率，實現(xiàn)有線與無線局域網的無 縫結合， IEEE 成立了 IEEE 工作小組，以制定一項新的高速無線局域網標準。 第 3 節(jié) 寬帶無線接入 OFDM 技術適用于無線環(huán)境 下的高速傳輸，不僅應用于無線局域網，還在寬帶無線接入（ BWA）中得到應用。其中， VOFDM 由 Cisco 公司支持， WOFDM 則由 WiLAN 公司提出，構成了基于兩個組織的 OFDM 兩大陣營：寬帶無線 Inter論壇（ BWIF）和 OFDM 論壇，它們力圖使自己的OFDM 模式成為標準。從技術方面看， 3G 主要以 CDMA 技術為核心技術，而未來移動通信系統(tǒng)則以 OFDM 技術最受矚目 。 CDMA 技術為了對抗多徑干擾，需要更復雜的均衡及調制，實現(xiàn)起來非常困難。由于頻率交織，系統(tǒng)提供了更多重數(shù)的頻率分集，因此，可以應用不同檢測方法充分挖掘這種分集提供的增益； （ 3）高抗干擾性； （ 4）不需要均衡。因此未來以 OFDM為核心技術的第四代移動通信系統(tǒng)，也將會結合兩項技術的優(yōu)點。歐洲的 DAB 系統(tǒng)使用的就是OFDM 調制技術。市場前景非常看好。 ETSI 的寬帶射頻接入網（ BRAN）的局域網標準也把 OFDM 定為它的調制標準技術。與普通的DSCDMA相比， MCCDMA系統(tǒng)具有下述優(yōu)點：（ 1）具有更大的靈活性。可以應用不同檢測方法充分挖掘這種分集提供的增益。 隨著 、 ETSI BRAN（ Broadband Radio Access Network）和多媒體應用的引入，無線通信領域已經為 OFDM技術的應用做好了準備。 隨著人們對通信數(shù)據(jù)化、寬帶化 、個人化和移動化的需求， OFDM 技術在綜合無線接入領域將越來越得到廣泛的應用。繼第三代以后的下一代移動通信系統(tǒng)“ Beyond 3G”或“ 4G”的技術研究和標準建議工作目前也正在緊張開展。 關于下一代移動通信系統(tǒng)的研究工作已經提交給 ITUR 第 8 研究組和世界無線電大會（ WRC）。 總的來說，下一代移動通信系統(tǒng)在性能方面主要有以下要求： （ 1）用戶速率在準靜止（低速移動和固定）情況下達 20Mbps，在高速移動情況下達 2Mbps； （ 2）容量要達到第三代系統(tǒng)的 510 倍，傳輸質量相當于甚至優(yōu)于第三代系統(tǒng)； （ 3）條件相同時小區(qū)覆蓋范圍等于或大于第三代系統(tǒng)； （ 4）具有不同速率間的自 動切換能力，以保證通信質量； （ 5）網絡的每比特成本要比第三代低。這樣，必然大大增加了均衡器的復雜程度，使設備造價和成本大大提高。 對傳統(tǒng)的頻分復用（ FDM）系統(tǒng)而言，為了避免載波間的相互干擾，載波間通常加保護頻帶而使頻譜利用率下降。如果 CP 所占時長大于或等于最大時延擴展 Tmax，則所有多徑信號將不會延伸到下一個 OFDM 幀周期。 由于 OFDM 系統(tǒng)傳輸高速數(shù)據(jù)，信道必然存在可辨多徑，接收到的 OFDM 符號幀 y 存在多徑干擾（ MPI），接收端采用 N 點 FFT 和單抽頭均衡可以有效克服 MPI。