【正文】 OFDM技術(shù)的信道利用率很高，這一點(diǎn)在頻譜資源有限的無(wú)線(xiàn)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。 OFDM技術(shù)的缺陷（1）對(duì)頻偏和相位噪聲比較敏感。OFDM技術(shù)區(qū)分各個(gè)子信道的方法是利用各個(gè)子載波之間嚴(yán)格的正交性。頻偏和相位噪聲會(huì)使各個(gè)子載波之間的正交特性惡化，僅僅1%的頻偏就會(huì)使信噪比下降30dB。因此，OFDM系統(tǒng)對(duì)頻偏和相位噪聲比較敏感。定時(shí)偏差會(huì)引起子載波相位的旋轉(zhuǎn)，如圖10所示，而且相位旋轉(zhuǎn)角度與子載波的頻率有關(guān)，頻率越高，旋轉(zhuǎn)角度越大，如果定時(shí)的偏移量與最大時(shí)延擴(kuò)展的長(zhǎng)度之和仍小于循環(huán)前綴的長(zhǎng)度，此時(shí)子載波之間的正交性仍然成立，沒(méi)有ISI和ICI（信道間干擾），對(duì)解調(diào)出來(lái)的數(shù)據(jù)信息符號(hào)的影響只是一個(gè)相位的旋轉(zhuǎn)。如果定時(shí)的偏移量與最大時(shí)延擴(kuò)展的長(zhǎng)度之和大于循環(huán)前綴的長(zhǎng)度，這時(shí)一部分?jǐn)?shù)據(jù)信息丟失了，而且最為嚴(yán)重的是子載波之間的正交性破壞了，由此帶來(lái)了ISI和ICI，這是影響系統(tǒng)性能的關(guān)鍵問(wèn)題之一。（2）功率峰值與均值比（PAPR）大，導(dǎo)致射頻放大器的功率效率較低。與單載波系統(tǒng)相比，由于OFDM信號(hào)是由多個(gè)獨(dú)立的經(jīng)過(guò)調(diào)制的子載波信號(hào)相加而成的，這樣的合成信號(hào)就有可能產(chǎn)生比較大的峰值功率，也就會(huì)帶來(lái)較大的功率峰值與均值比，簡(jiǎn)稱(chēng)峰均值比。對(duì)于包含N個(gè)子信道的OFDM系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，當(dāng)N個(gè)子信道都以相同的相位求和時(shí)，所得到的峰值功率就是均值功率的N倍。當(dāng)然這是一種非常極端的情況，通常OFDM系統(tǒng)內(nèi)的峰均值不會(huì)達(dá)到這樣高的程度。高峰均值比會(huì)增大對(duì)射頻放大器的要求，導(dǎo)致射頻信號(hào)放大器的功率效率降低。因此如果多個(gè)信號(hào)相位一致時(shí)，所得的疊加信號(hào)的瞬時(shí)功率會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于信號(hào)的平均功率，如圖313所示。因此可能帶來(lái)信號(hào)畸變，使信號(hào)的頻譜發(fā)生變化，子信道間正交性遭到破壞，產(chǎn)生干擾。RMS幅度峰值幅度幅度圖 313 較高的峰值平均功率比（3）負(fù)載算法和自適應(yīng)調(diào)制技術(shù)會(huì)增加系統(tǒng)復(fù)雜度。負(fù)載算法和自適應(yīng)調(diào)制技術(shù)的使用會(huì)增加發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的復(fù)雜度，并且當(dāng)終端移動(dòng)速度高于30km每小時(shí)時(shí)，自適應(yīng)調(diào)制技術(shù)就不是很適合了。（4）由于低壓電力網(wǎng)不是專(zhuān)門(mén)用于通信目的，所以其信道特性十分惡劣，干擾多，衰減大。尤其是從最后一級(jí)變壓器到用戶(hù)的這一段，因線(xiàn)路缺少屏蔽層，極易受到雷電波、無(wú)線(xiàn)電波和熱噪聲的干擾。且連接負(fù)載眾多，信號(hào)衰減大，相對(duì)較高的調(diào)制效率需要相對(duì)較高的信噪比，這對(duì)于硬件的設(shè)計(jì)提出了高要求。如美國(guó)Intellon公司基于Powerpacket技術(shù)的低壓電力線(xiàn)載波通信芯片INT5130的載波頻帶為4．3～20．9 MHz，但該技術(shù)仍然僅限于家庭內(nèi)部網(wǎng)的組建，還不能真正解決“最后一公里”的接入網(wǎng)問(wèn)題。如何在此頻帶內(nèi)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的高速遠(yuǎn)距離傳輸，仍然是一個(gè)難點(diǎn)，需要硬件和軟件技術(shù)的共同提高。 第4章 OFDM技術(shù)在實(shí)際中的應(yīng)用 OFDM在A(yíng)DSL中的應(yīng)用 ADSL使用了正交頻分復(fù)用技術(shù)將話(huà)音與數(shù)據(jù)分開(kāi)，雖然話(huà)音與數(shù)據(jù)在同一條電話(huà)線(xiàn)上，但是話(huà)音和數(shù)據(jù)分別在不同的頻帶上運(yùn)行，所以互不干擾。即使邊打電話(huà)邊上網(wǎng)，也不會(huì)發(fā)生上網(wǎng)速率下降，通話(huà)質(zhì)量下降的情況。 FLASH－OFDM是Flarion為了在主網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)使用IP網(wǎng)絡(luò)的永久接入服務(wù)而開(kāi)發(fā)的傳輸技術(shù)。由于用戶(hù)在高速互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)中可以無(wú)線(xiàn)方式永久接入，因此還被稱(chēng)為“無(wú)線(xiàn)版ADSL”。 FlashOFDM技術(shù)的前身OFDM技術(shù)已有近40年歷史，起初使用在軍事高頻無(wú)線(xiàn)應(yīng)用上?，F(xiàn)在已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在DSL、無(wú)線(xiàn)廣播、數(shù)字電視、移動(dòng)數(shù)據(jù)通信以及無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)上。Nextel從2002年便開(kāi)始對(duì)FLASH－OFDM進(jìn)行技術(shù)檢測(cè)和傳輸試驗(yàn)，韓國(guó)也有多家通信運(yùn)營(yíng)商進(jìn)行試驗(yàn)服務(wù)。 FlashOFDM全稱(chēng)Fast Lowlatency Access with Seamless HandoffOrthogonal Frequency Division Multiplexing，即“快速低時(shí)延接入/無(wú)縫切換的正交頻分復(fù)用”，俗稱(chēng)“快閃式—正交頻分復(fù)用”，它采用OFDM原理并結(jié)合了跳頻技術(shù)。簡(jiǎn)單地說(shuō)，F(xiàn)lashOFDM是由使用多個(gè)正交載波進(jìn)行高速數(shù)據(jù)通信的OFDM技術(shù)衍生出來(lái)的通信方式之一。 FlashOFDM采用FDD雙工方式。上下行鏈路是數(shù)百個(gè)子信道組成的寬帶載波（擴(kuò)頻的OFDM），傳輸數(shù)據(jù)時(shí)給每個(gè)用戶(hù)分配子信道。每個(gè)子信道采用自適應(yīng)調(diào)制和先進(jìn)的編碼技術(shù)，可以提高頻譜利用率。，。FlashOFDM在時(shí)間上以跳頻方式使用OFDM的副載波，通過(guò)高速切換副載波，使得相鄰節(jié)點(diǎn)可以使用相同頻率的副載波，進(jìn)而可提高頻率利用率。FlashOFDM利用快速跳頻技術(shù)把信號(hào)擴(kuò)頻，具有頻率分集能力，減小了同一小區(qū)內(nèi)的用戶(hù)間干擾，它同時(shí)具有OFDM和跳頻擴(kuò)頻技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。除了跳頻外，為解決小區(qū)間干擾，采用了功率控制，用戶(hù)只發(fā)射它能有效通信的功率。此外FlashOFDM的空中接口采用分組業(yè)務(wù)，支持全I(xiàn)P通信。 3G是以話(huà)音為主的蜂窩網(wǎng)，它雖然比2G、但仍無(wú)法滿(mǎn)足未來(lái)多媒體通信的要求，并且其投入成本高。現(xiàn)在Flarion提出的FlashOFDM無(wú)線(xiàn)技術(shù)的主要優(yōu)勢(shì)是可以把大量數(shù)據(jù)塞入比較小的帶寬里面，解決3G的不足。和現(xiàn)有的以O(shè)FDM為基礎(chǔ)的系統(tǒng)（例如DSL）不同，F(xiàn)lashOFDM不僅僅是一種物理層的解決方案，它更是一種采用了OFDM獨(dú)特的物理特性的系統(tǒng)級(jí)技術(shù)，使得在蜂窩網(wǎng)絡(luò)中能增強(qiáng)更高層的性能優(yōu)勢(shì)，獲得非常有效的數(shù)據(jù)包傳送，以及很低的信號(hào)延遲。它以IP透明方式使網(wǎng)絡(luò)無(wú)縫延展到廣闊的移動(dòng)環(huán)境中，能夠解決3G出現(xiàn)的問(wèn)題、面對(duì)現(xiàn)在移動(dòng)通信發(fā)展要求的挑戰(zhàn)，因此這種技術(shù)在未來(lái)將是非常有前途的。FlashOFDM的缺點(diǎn)就在于缺乏產(chǎn)業(yè)鏈條的支撐，這會(huì)使其陷入孤軍奮戰(zhàn)的境地，F(xiàn)larion也意識(shí)到了這一點(diǎn)，正在積極尋找合作伙伴，并已經(jīng)與西門(mén)子簽訂了合作協(xié)議，共同研發(fā)產(chǎn)品。如果FlashOFDM能夠像當(dāng)年的CDMA那樣尋找到一個(gè)可以大規(guī)模應(yīng)用的市場(chǎng)，那么這項(xiàng)技術(shù)將獨(dú)立地發(fā)展下去，否則最終只能與其它技術(shù)融合，成為下一代移動(dòng)通信技術(shù)的一部分。4．2 OFDM在電力線(xiàn)通信中的應(yīng)用 電力線(xiàn)通信技術(shù)簡(jiǎn)稱(chēng)PLC (Power Line Communication)是指利用電力線(xiàn)傳輸數(shù)據(jù)和話(huà)音信號(hào)的一種通信方式。目前只需通過(guò)連接在電腦上的“電力貓”，再插入家中任何一個(gè)電源插座，就可以實(shí)現(xiàn)最高14M的速度上網(wǎng)沖浪，這一速度比ADSL目前最高限速512k快20多倍，而且使用成本低廉。然而，電力線(xiàn)作為通信信道，存在著高噪聲、多徑效應(yīng)和衰落的特點(diǎn)。OFDM技術(shù)能夠在抗多徑干擾、信號(hào)衰減的同時(shí)保持較高的數(shù)據(jù)傳輸速率，在具體實(shí)現(xiàn)中還能夠利用離散傅立葉變換簡(jiǎn)化調(diào)制解調(diào)模塊的復(fù)雜度。OFDM技術(shù)用于提高電力線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的傳輸質(zhì)量，即使在配電網(wǎng)受到嚴(yán)重干擾時(shí)，OFDM仍可提供帶寬并且保證帶寬傳輸效率。實(shí)現(xiàn)PLC技術(shù)突破的基本技術(shù)是在物理層采用OFDM，即“正交頻分復(fù)用”技術(shù)；以及在MAC層采用CSMA/CA，即“帶碰撞檢測(cè)的載波監(jiān)聽(tīng)多路訪(fǎng)問(wèn)”技術(shù)。因此它在電力線(xiàn)高速通信系統(tǒng)中的應(yīng)用有著非常樂(lè)觀(guān)的前景。 2008年12月，法國(guó)電力集團(tuán)的全資子公司法國(guó)電網(wǎng)輸送公司(ERDF)宣布將制定和開(kāi)發(fā)下一代電力線(xiàn)通信(PLC)規(guī)范及解決方案的合同交給Maxim公司。ERDF計(jì)劃在全法國(guó)配備AMM基礎(chǔ)設(shè)施中采用Maxim的首款基于OFDM的PLC調(diào)制解調(diào)芯片MAX2990，管理整個(gè)電力供應(yīng)鏈——從電力供應(yīng)商直至終端用戶(hù)?！AX2990是Maxim在2008年6月推出的首款基于OFDM的PLC調(diào)制解調(diào)器。MAX2990采用具有DBPSK調(diào)制和前向糾錯(cuò)(FEC)功能的OFDM技術(shù)，能夠在存在窄帶干擾、群延遲、信號(hào)阻塞、脈沖噪聲和選頻衰減等干擾的情況下進(jìn)行可靠的數(shù)據(jù)通信。MAX2990符合國(guó)際電力線(xiàn)通信規(guī)范，包括CENELEC、FCC和ARIB。在工作頻率范圍10kHz至490kHz內(nèi)，支持大于100kbps的有效數(shù)據(jù)速率。評(píng)估調(diào)制解調(diào)器時(shí)，最重要的一個(gè)因素是在給定信噪比(SNR)條件下的誤碼率(BER)。BER為在特定噪聲級(jí)別下，錯(cuò)誤比特?cái)?shù)與傳輸總比特?cái)?shù)的比值。 圖41 調(diào)制解調(diào)芯片MAX2990典型的FSK系統(tǒng)在2kbps數(shù)據(jù)速率、12dB SNR條件下具有104的BER，MAX2990在10kHz至95kHz的Cenelec波段、32kbps的數(shù)據(jù)速率、4dB SNR條件下可達(dá)到相同的BER。所以，采用具有糾錯(cuò)的OFDM技術(shù)能夠在更高的數(shù)據(jù)速率下提升8dB的性能。 OFDM系統(tǒng)具有更多數(shù)量的信號(hào)頻點(diǎn)，因而MAX2990能夠完成諸如Reed Solomon和卷積編碼等數(shù)據(jù)恢復(fù)算法。這些通道譯碼技術(shù)提供糾錯(cuò)位，能夠在不同的頻點(diǎn)上與數(shù)據(jù)同時(shí)傳輸，以提高數(shù)據(jù)恢復(fù)能力。 OFDM在有線(xiàn)電視網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用 目前，為了提供上行回傳信道，HFC接入網(wǎng)可采用SDM(空分復(fù)用法)、TDM(時(shí)分復(fù)用法)、WDM(波分復(fù)用法)和OFDM(正交頻分復(fù)用法)等方式。但目前解決同軸電纜分配網(wǎng)雙向傳輸?shù)闹饕侄芜€是正交頻分復(fù)用法。 空分復(fù)用法是采用雙電纜線(xiàn)完成光節(jié)點(diǎn)以下信號(hào)的上下行傳輸，對(duì)于有線(xiàn)電視網(wǎng)來(lái)說(shuō)，鋪設(shè)雙同軸電纜來(lái)完成雙向傳輸，成本太高。時(shí)分復(fù)用法是在相同的傳輸介質(zhì)上，對(duì)上行和下行信號(hào)進(jìn)行時(shí)分復(fù)用，由于其技術(shù)較復(fù)雜，成本也較高，所以實(shí)際應(yīng)用也不很廣泛。 波分復(fù)用法是采用單根光纖異波長(zhǎng)雙工工作方式，使上下行信號(hào)采用不同的光波長(zhǎng)傳送，波分復(fù)用法可用于光纖干線(xiàn)傳輸網(wǎng)部分。 正交頻分復(fù)用法是將光節(jié)點(diǎn)以下的電纜的工作頻率作頻率分割，利用不同的頻段實(shí)現(xiàn)上下行信號(hào)的同時(shí)傳輸，一般低頻段用于上行信道，高頻段用于下行信道，上下行頻段的分割點(diǎn)頻率的高低，主要取決于HFC接入網(wǎng)要實(shí)現(xiàn)的功能和所需傳輸?shù)男畔⒘俊?另外，在HFC的共享設(shè)施上，數(shù)據(jù)的上行面臨噪音對(duì)信號(hào)的干擾問(wèn)題。信號(hào)抗干擾的能力取決于系統(tǒng)所采用的信號(hào)復(fù)用技術(shù)。寬帶網(wǎng)絡(luò)可以采用兩種信號(hào)復(fù)用技術(shù)：TDM（時(shí)分復(fù)用）和OFDM（正交頻分復(fù)用）。舉個(gè)例子，在一個(gè)頻率較大的射頻載波上可以分出許多個(gè)DS0信道。而對(duì)載波中任意部分的干擾都會(huì)破壞載波所承載的信號(hào)。這種情況會(huì)對(duì)TDM用戶(hù)帶來(lái)嚴(yán)重的通信可靠性問(wèn)題，原因就在于窄帶干擾總是隨時(shí)隨機(jī)出現(xiàn)。 在理論上，避免干擾可以采用變頻技術(shù)?？墒?，TDM采用的通信頻帶的大小必須和留作用來(lái)匹配變頻的頻帶一樣大。保留這么大的頻帶會(huì)嚴(yán)重地降低本已經(jīng)存在局限的上行信道的信息承載能力。 OFDM技術(shù)，采用的措施則不同。它們?cè)诿總€(gè)信道中可以劃分出多達(dá)240個(gè)的DS0，但同時(shí)把每一個(gè)DS0都放在了它自己所在的窄帶頻率載波上。 單一的頻率載波容易受到窄帶干擾的影響，但是，把使用QPSK（四相移鍵控）的大量DS0鎖定的同類(lèi)干擾卻只能影響一個(gè)使用OFDM的DS0，而其他DS0則不受影響。這樣，只需要在信道上保留一個(gè)小頻段專(zhuān)門(mén)用來(lái)給受到影響的頻率進(jìn)行變頻，而其他幾乎所有的DS0就都可以充分利用信道上的可用帶寬了。當(dāng)檢測(cè)出對(duì)頻率載波的干擾之后，受影響的DS0即可重新分配給保留的載波之一傳輸，通常情況下不會(huì)引發(fā)線(xiàn)路的斷開(kāi)。 TDM承載的信號(hào)特別容易受到脈沖干擾的影響。因?yàn)槊總€(gè)TDM時(shí)隙都擁有完整的2MHz帶寬，信號(hào)速度必須很高。因此每個(gè)信號(hào)的持續(xù)時(shí)間都很短，信號(hào)就容易被短暫的脈沖噪音所覆蓋。 另一方面，OFDM可以同時(shí)傳輸很多信號(hào)、容許更長(zhǎng)的符號(hào)周期卻并不降低信息量。所以，在符號(hào)周期比較長(zhǎng)的前提下，通常的脈沖比它能中斷的符號(hào)周期短得多。結(jié)果載波噪音比的參數(shù)值就相當(dāng)高，所以信息也可以保持其完整性和準(zhǔn)確度了。假設(shè)載波噪音比確實(shí)因?yàn)檩^大的脈沖干擾而降低，對(duì)信號(hào)的中斷影響也是有限的，而信號(hào)錯(cuò)誤則可以通過(guò)糾錯(cuò)算法得以調(diào)整。 OFDM在數(shù)字電視中的應(yīng)用 目前全球共有3套國(guó)際數(shù)字電視地面?zhèn)鬏斚到y(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，美國(guó)1996年高級(jí)電視系統(tǒng)委員會(huì)（ATSC）研發(fā)的ATSC8VSB；歐洲1997年提出的數(shù)字視頻地面廣播DVBT COFDM；日本1999年提出的地面綜合業(yè)務(wù)數(shù)字廣播ISDB－T OFDM。 　 歐洲D(zhuǎn)VBT COFDM系統(tǒng)是歐洲數(shù)字電視廣播(DVB) 開(kāi)發(fā)的系列標(biāo)準(zhǔn)中的數(shù)字地面電視廣播系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，在系列標(biāo)準(zhǔn)中DVBT是最復(fù)雜的DVB系統(tǒng)。使用MPEG2傳送比特流復(fù)用，里德索羅門(mén)(RS) 前向糾錯(cuò)系統(tǒng)，采用COFDM調(diào)制方式，把傳輸比特分割到數(shù)千計(jì)的低比特率副載波上，用1705個(gè)載波（“2K”）或6817個(gè)載波(“8K”) 模式?！?K” 模式用于普通網(wǎng)，“8K” 模式用于大小單頻網(wǎng)(SFN) ，“2K”與“8K” 系統(tǒng)是兼容的。 日本提出的“綜合業(yè)務(wù)數(shù)字廣播”ISDBT OFDM系統(tǒng)采用MPEG2傳送比特復(fù)用，OFDM調(diào)制方式，使用的編碼方式、調(diào)制、傳輸與DVBT COFDM基本相同，可以說(shuō)是經(jīng)修改的歐洲方式，不同之處在于接收方面增加了部分接收和分層傳輸，將整個(gè)6MHz頻帶劃分為13個(gè)子帶，每個(gè)子帶432KHz，將中間一個(gè)用于傳輸音頻信號(hào)，并大大加長(zhǎng)了交織深度（），增加交織深度將引入長(zhǎng)達(dá)幾百毫秒的延遲影響頻道轉(zhuǎn)換和雙向業(yè)務(wù)。ISDBT 概念覆蓋了各種服務(wù)，因此系統(tǒng)不得不面對(duì)各種需求，而且一個(gè)業(yè)務(wù)可能和另一個(gè)業(yè)務(wù)是不同的。 我國(guó)清華大學(xué)微波與數(shù)字通信國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室提出的地面數(shù)字多媒體與電視廣播系統(tǒng)(DMBT)，它采用時(shí)域同步正交頻分復(fù)用技術(shù)(TDSOFDM)。 DMBT傳輸系統(tǒng)既適用于地面數(shù)字多媒體電視廣播系統(tǒng)，也適用于其它寬帶傳輸系統(tǒng)。 OFDM在數(shù)字音頻廣播中的應(yīng)用 數(shù)字音頻廣播DAB（Digital Autio Broadeasting）于70年代末期開(kāi)始研制，1986年列為歐共體Eurekal47計(jì)劃，1988年基礎(chǔ)性研究和初步的開(kāi)路實(shí)驗(yàn)結(jié)果都顯示它成為新