【正文】 OFDM技術(shù)的信道利用率很高，這一點在頻譜資源有限的無線環(huán)境中尤為重要；當(dāng)子載波個數(shù)很大時，系統(tǒng)的頻譜利用率趨于2baud/Hz。 OFDM技術(shù)的缺陷（1）對頻偏和相位噪聲比較敏感。OFDM技術(shù)區(qū)分各個子信道的方法是利用各個子載波之間嚴(yán)格的正交性。頻偏和相位噪聲會使各個子載波之間的正交特性惡化，僅僅1%的頻偏就會使信噪比下降30dB。因此，OFDM系統(tǒng)對頻偏和相位噪聲比較敏感。定時偏差會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，如果定時的偏移量與最大時延擴展的長度之和仍小于循環(huán)前綴的長度，此時子載波之間的正交性仍然成立，沒有ISI和ICI（信道間干擾），對解調(diào)出來的數(shù)據(jù)信息符號的影響只是一個相位的旋轉(zhuǎn)。如果定時的偏移量與最大時延擴展的長度之和大于循環(huán)前綴的長度，這時一部分?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，由此帶來了ISI和ICI，這是影響系統(tǒng)性能的關(guān)鍵問題之一。（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信號是由多個獨立的經(jīng)過調(diào)制的子載波信號相加而成的，這樣的合成信號就有可能產(chǎn)生比較大的峰值功率，也就會帶來較大的功率峰值與均值比，簡稱峰均值比。對于包含N個子信道的OFDM系統(tǒng)來說，當(dāng)N個子信道都以相同的相位求和時，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)的峰均值不會達(dá)到這樣高的程度。高峰均值比會增大對射頻放大器的要求，導(dǎo)致射頻信號放大器的功率效率降低。因此如果多個信號相位一致時，所得的疊加信號的瞬時功率會遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于信號的平均功率，如圖313所示。因此可能帶來信號畸變，使信號的頻譜發(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)的使用會增加發(fā)射機和接收機的復(fù)雜度，并且當(dāng)終端移動速度高于30km每小時時，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)不是專門用于通信目的，所以其信道特性十分惡劣，干擾多，衰減大。尤其是從最后一級變壓器到用戶的這一段，因線路缺少屏蔽層，極易受到雷電波、無線電波和熱噪聲的干擾。且連接負(fù)載眾多，信號衰減大，相對較高的調(diào)制效率需要相對較高的信噪比，這對于硬件的設(shè)計提出了高要求。如美國Intellon公司基于Powerpacket技術(shù)的低壓電力線載波通信芯片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)問題。如何在此頻帶內(nèi)實現(xiàn)信號的高速遠(yuǎn)距離傳輸，仍然是一個難點，需要硬件和軟件技術(shù)的共同提高。 第4章 OFDM技術(shù)在實際中的應(yīng)用 OFDM在ADSL中的應(yīng)用 ADSL使用了正交頻分復(fù)用技術(shù)將話音與數(shù)據(jù)分開，雖然話音與數(shù)據(jù)在同一條電話線上，但是話音和數(shù)據(jù)分別在不同的頻帶上運行，所以互不干擾。即使邊打電話邊上網(wǎng)，也不會發(fā)生上網(wǎng)速率下降，通話質(zhì)量下降的情況。 FLASH－OFDM是Flarion為了在主網(wǎng)上實現(xiàn)使用IP網(wǎng)絡(luò)的永久接入服務(wù)而開發(fā)的傳輸技術(shù)。由于用戶在高速互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)中可以無線方式永久接入，因此還被稱為“無線版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線應(yīng)用上?，F(xiàn)在已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在DSL、無線廣播、數(shù)字電視、移動數(shù)據(jù)通信以及無線局域網(wǎng)上。Nextel從2002年便開始對FLASH－OFDM進(jìn)行技術(shù)檢測和傳輸試驗，韓國也有多家通信運營商進(jìn)行試驗服務(wù)。 FlashOFDM全稱Fast Lowlatency Access with Seamless HandoffOrthogonal Frequency Division Multiplexing，即“快速低時延接入/無縫切換的正交頻分復(fù)用”，俗稱“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)。簡單地說，F(xiàn)lashOFDM是由使用多個正交載波進(jìn)行高速數(shù)據(jù)通信的OFDM技術(shù)衍生出來的通信方式之一。 FlashOFDM采用FDD雙工方式。上下行鏈路是數(shù)百個子信道組成的寬帶載波（擴頻的OFDM），傳輸數(shù)據(jù)時給每個用戶分配子信道。每個子信道采用自適應(yīng)調(diào)制和先進(jìn)的編碼技術(shù)，可以提高頻譜利用率。，。FlashOFDM在時間上以跳頻方式使用OFDM的副載波，通過高速切換副載波，使得相鄰節(jié)點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)把信號擴頻，具有頻率分集能力，減小了同一小區(qū)內(nèi)的用戶間干擾，它同時具有OFDM和跳頻擴頻技術(shù)的優(yōu)點。除了跳頻外，為解決小區(qū)間干擾，采用了功率控制，用戶只發(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是以話音為主的蜂窩網(wǎng)，它雖然比2G、但仍無法滿足未來多媒體通信的要求，并且其投入成本高?，F(xiàn)在Flarion提出的FlashOFDM無線技術(shù)的主要優(yōu)勢是可以把大量數(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獨特的物理特性的系統(tǒng)級技術(shù)，使得在蜂窩網(wǎng)絡(luò)中能增強更高層的性能優(yōu)勢，獲得非常有效的數(shù)據(jù)包傳送，以及很低的信號延遲。它以IP透明方式使網(wǎng)絡(luò)無縫延展到廣闊的移動環(huán)境中，能夠解決3G出現(xiàn)的問題、面對現(xiàn)在移動通信發(fā)展要求的挑戰(zhàn)，因此這種技術(shù)在未來將是非常有前途的。FlashOFDM的缺點就在于缺乏產(chǎn)業(yè)鏈條的支撐，這會使其陷入孤軍奮戰(zhàn)的境地，F(xiàn)larion也意識到了這一點，正在積極尋找合作伙伴，并已經(jīng)與西門子簽訂了合作協(xié)議，共同研發(fā)產(chǎn)品。如果FlashOFDM能夠像當(dāng)年的CDMA那樣尋找到一個可以大規(guī)模應(yīng)用的市場，那么這項技術(shù)將獨立地發(fā)展下去，否則最終只能與其它技術(shù)融合，成為下一代移動通信技術(shù)的一部分。4．2 OFDM在電力線通信中的應(yīng)用 電力線通信技術(shù)簡稱PLC (Power Line Communication)是指利用電力線傳輸數(shù)據(jù)和話音信號的一種通信方式。目前只需通過連接在電腦上的“電力貓”，再插入家中任何一個電源插座，就可以實現(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，電力線作為通信信道，存在著高噪聲、多徑效應(yīng)和衰落的特點。OFDM技術(shù)能夠在抗多徑干擾、信號衰減的同時保持較高的數(shù)據(jù)傳輸速率，在具體實現(xiàn)中還能夠利用離散傅立葉變換簡化調(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，OFDM仍可提供帶寬并且保證帶寬傳輸效率。實現(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“帶碰撞檢測的載波監(jiān)聽多路訪問”技術(shù)。因此它在電力線高速通信系統(tǒng)中的應(yīng)用有著非常樂觀的前景。 2008年12月，法國電力集團的全資子公司法國電網(wǎng)輸送公司(ERDF)宣布將制定和開發(fā)下一代電力線通信(PLC)規(guī)范及解決方案的合同交給Maxim公司。ERDF計劃在全法國配備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，管理整個電力供應(yīng)鏈——從電力供應(yīng)商直至終端用戶。　MAX2990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(FEC)功能的OFDM技術(shù)，能夠在存在窄帶干擾、群延遲、信號阻塞、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符合國際電力線通信規(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。評估調(diào)制解調(diào)器時，最重要的一個因素是在給定信噪比(SNR)條件下的誤碼率(BER)。BER為在特定噪聲級別下，錯誤比特數(shù)與傳輸總比特數(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)量的信號頻點，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)提供糾錯位，能夠在不同的頻點上與數(shù)據(jù)同時傳輸，以提高數(shù)據(jù)恢復(fù)能力。 OFDM在有線電視網(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完成光節(jié)點以下信號的上下行傳輸，對于有線電視網(wǎng)來說，鋪設(shè)雙同軸電纜來完成雙向傳輸，成本太高。時分復(fù)用法是在相同的傳輸介質(zhì)上，對上行和下行信號進(jìn)行時分復(fù)用，由于其技術(shù)較復(fù)雜，成本也較高，所以實際應(yīng)用也不很廣泛。 波分復(fù)用法是采用單根光纖異波長雙工工作方式，使上下行信號采用不同的光波長傳送，波分復(fù)用法可用于光纖干線傳輸網(wǎng)部分。 正交頻分復(fù)用法是將光節(jié)點以下的電纜的工作頻率作頻率分割，利用不同的頻段實現(xiàn)上下行信號的同時傳輸，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頻率的高低，主要取決于HFC接入網(wǎng)要實現(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)的上行面臨噪音對信號的干擾問題。信號抗干擾的能力取決于系統(tǒng)所采用的信號復(fù)用技術(shù)。寬帶網(wǎng)絡(luò)可以采用兩種信號復(fù)用技術(shù)：TDM（時分復(fù)用）和OFDM（正交頻分復(fù)用）。舉個例子，在一個頻率較大的射頻載波上可以分出許多個DS0信道。而對載波中任意部分的干擾都會破壞載波所承載的信號。這種情況會對TDM用戶帶來嚴(yán)重的通信可靠性問題，原因就在于窄帶干擾總是隨時隨機出現(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匹配變頻的頻帶一樣大。保留這么大的頻帶會嚴(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。它們在每個信道中可以劃分出多達(dá)240個的DS0，但同時把每一個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鎖定的同類干擾卻只能影響一個使用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小頻段專門用來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)檢測出對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，通常情況下不會引發(fā)線路的斷開。 TDM承載的信號特別容易受到脈沖干擾的影響。因為每個TDM時隙都擁有完整的2MHz帶寬，信號速度必須很高。因此每個信號的持續(xù)時間都很短，信號就容易被短暫的脈沖噪音所覆蓋。 另一方面，OFDM可以同時傳輸很多信號、容許更長的符號周期卻并不降低信息量。所以，在符號周期比較長的前提下，通常的脈沖比它能中斷的符號周期短得多。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)載波噪音比確實因為較大的脈沖干擾而降低，對信號的中斷影響也是有限的，而信號錯誤則可以通過糾錯算法得以調(diào)整。 OFDM在數(shù)字電視中的應(yīng)用 目前全球共有3套國際數(shù)字電視地面?zhèn)鬏斚到y(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，美國1996年高級電視系統(tǒng)委員會（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(RS) 前向糾錯系統(tǒng)，采用COFDM調(diào)制方式，把傳輸比特分割到數(shù)千計的低比特率副載波上，用1705個載波（“2K”）或6817個載波(“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6MHz頻帶劃分為13個子帶，每個子帶432KHz，將中間一個用于傳輸音頻信號，并大大加長了交織深度（），增加交織深度將引入長達(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)不得不面對各種需求，而且一個業(yè)務(wù)可能和另一個業(yè)務(wù)是不同的。 我國清華大學(xué)微波與數(shù)字通信國家重點實驗室提出的地面數(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年代末期開始研制，1986年列為歐共體Eurekal47計劃，1988年基礎(chǔ)性研究和初步的開路實驗結(jié)果都顯示它成為新