正交頻分復用，英文原稱Orthogonal Frequency Division Multiplexing，縮寫為OFDM，實際上是MCM Multi-CarrierModulation多載波調制的一種。其主要思想是：將信道分成若干正交子信道，將高速數(shù)據(jù)信號轉換成并行的低速子數(shù)據(jù)流，調制到在每個子信道上進行傳輸。正交信號可以通過在接收端采用相關技術來分開，這樣可以減少子信道之間的相互干擾 ICI。每個子信道上的信號帶寬小于信道的相關帶寬，因此每個子信道上的可以看成平坦性衰落，從而可以消除符號間干擾。而且由于每個子信道的帶寬僅僅是原信道帶寬的一小部分，信道均衡變得相對容易。OFDM技術已經被廣泛應用于廣播式的音頻和視頻領域以及民用通信系統(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。
在向B3G/4G演進的過程中，OFDM是關鍵的技術之一，可以結合分集，時空編碼，干擾和信道間干擾抑制以及智能天線技術，最大限度的提高了系統(tǒng)性能。包括以下類型：V-OFDM,W-OFDM,F-OFDM,MIMO-OFDM，多帶-OFDM。OFDM中的各個載波是相互正交的，每個載波在一個符號時間內有整數(shù)個載波周期，每個載波的頻譜零點和相鄰載波的零點重疊，這樣便減小了載波間的干擾。由于載波間有部分重疊，所以它比傳統(tǒng)的FDMA提高了頻帶利用率。在OFDM傳播過程中，高速信息數(shù)據(jù)流通過串并變換，分配到速率相對較低的若干子信道中傳輸，每個子信道中的符號周期相對增加，這樣可減少因無線信道多徑時延擴展所產生的時間彌散性對系統(tǒng)造成的碼間干擾。另外，由于引入保護間隔，在保護間隔大于最大多徑時延擴展的情況下，可以最大限度地消除多徑帶來的符號間干擾。如果用循環(huán)前綴作為保護間隔，還可避免多徑帶來的信道間干擾。具體如圖《OFDM的基帶傳輸系統(tǒng)》所示。在過去的頻分復用(FDM)系統(tǒng)中，整個帶寬分成N個子頻帶，子頻帶之間不重疊，為了避免子頻帶間相互干擾，頻帶間通常加保護帶寬，但這會使頻譜利用率下降。為了克服這個缺點，OFDM采用N個重疊的子頻帶，子頻帶間正交，因而在接收端無需分離頻譜就可將信號接收下來。OFDM系統(tǒng)的一個主要優(yōu)點是正交的子載波可以利用快速傅利葉變換(FFT/IFFT)實現(xiàn)調制和解調。對于N點的IFFT運算，需要實施N2次復數(shù)乘法，而采用常見的基于2的IFFT算法，其復數(shù)乘法僅為(N/2)log2N，可顯著降低運算復雜度。
OFDM的基帶傳輸系統(tǒng)在OFDM系統(tǒng)的發(fā)射端加入保護間隔，主要是為了消除多徑所造成的ISI(子載波之間的正交性遭到破壞而產生不同子載波之間的干擾)。其方法是在OFDM符號保護間隔內填入循環(huán)前綴，以保證在FFT周期內OFDM符號的時延副本內包含的波形周期個數(shù)也是整數(shù)。這樣，時延小于保護間隔的信號就不會在解調過程中產生ISI。正交頻分復用(OFDM)是一種調制方式，它可以很容易地與傳統(tǒng)的多址技術結合實現(xiàn)多用戶接入服務，如OFDM—TDMA、OFDMA和多載波CDMA等。采用正交頻分復用可以提高電力線網絡傳輸質量，它是一種多載波調制技術。傳輸質量的不穩(wěn)定意味著電力線網絡不能保證如語音和視頻流這樣的實時應用程序的傳輸質量。然而，對于傳輸突發(fā)性的Internet數(shù)據(jù)流它卻是個理想的網絡。即便是在配電網受到嚴重干擾的情況下，OFDM也可提供高帶寬并且保證帶寬傳輸效率，而且適當?shù)募m錯技術可以確?？煽康臄?shù)據(jù)傳輸。OFDM的主要技術特點如下：⑴可有效對抗信號波形間的干擾，適用于多徑環(huán)境和衰落信道中的高速數(shù)據(jù)傳輸;⑵通過各子載波的聯(lián)合編碼，具有很強的抗衰落能力;⑶各子信道的正交調制和解調可通過離散傅利葉反變換IDFT和離散傅利葉變換DFT實現(xiàn);⑷OFDM較易與其它多種接入方式結合，構成MC-CDMA和OFDM-TDMA等。
OFDM的概念于20世紀50—60年底提出，1970年OFDM的專利被發(fā)表，其基本思想通過采用允許子信道頻譜重疊，但相互間又不影響的頻分復用(FDM)方法來并行傳送數(shù)據(jù)。OFDM早期的應用有AN/GSC_10高頻可變速率數(shù)傳調制解調器等。早期的OFDM系統(tǒng)中，發(fā)信機和相關接收機所需的副載波陣列是由正弦信號發(fā)生器產生的，系統(tǒng)復雜且昂貴。1972年Weinstein和Ebert提出了使用離散傅立葉變換實現(xiàn)OFDM系統(tǒng)中的全部調制和調解功能的建議，簡化了振蕩器陣列以及相關接收機本地載波之間嚴格同步的問題，為實現(xiàn)OFDM的全數(shù)字化方案做了理論上的準備。
80年代后，OFDM的調整技術再一次成為研究熱點。例如，在有線信道的研究中，Hirosaki于1981年用DFT完成的OFDM調整技術，試驗成功了16QAM多路并行傳送19.2kbit/s的電話線MODEM.進入90年代，OFDM的應用又涉及到了利用移動調頻和單邊帶(SSB)信道進行高速數(shù)據(jù)通信，陸地移動通信，高速數(shù)字用戶環(huán)路(HDSL)，非對稱數(shù)字用戶環(huán)路(ADSL)及高清晰度數(shù)字電視(HDTV)和陸地廣播等各種通信系統(tǒng)。由于技術的可實現(xiàn)性，在二十世紀90年代，OFDM廣泛用干各種數(shù)字傳輸和通信中，如移動無線FM信道，高比特率數(shù)字用戶線系統(tǒng)(HDSL)，不對稱數(shù)字用戶線系統(tǒng)(ADSL)，甚高比特率數(shù)字用戶線系統(tǒng)HDSI〕，數(shù)字音頻廣播(DAB)系統(tǒng)，數(shù)字視頻廣播(DVB)和HDTV地面?zhèn)鞑ハ到y(tǒng)。1999年，IEEE802.lla通過了一個SGHz的無線局域網標準，其中OFDM調制技術被采用為物理層標準，使得傳輸速率可以達54MbPs。這樣，可提供25MbPs的無線ATM接口和10MbPs的以太網無線幀結構接口，并支持語音、數(shù)據(jù)、圖像業(yè)務。這樣的速率完全能滿足室內、室外的各種應用場合。歐洲電信組織(ETsl)的寬帶射頻接入網的局域網標準HiperiLAN2也把OFDM定為它的調制標準技術。2001年，IEEE802.16通過了無線城域網標準，該標準根據(jù)使用頻段的不同，具體可分為視距和非視距兩種。其中，使用2一11GHz許可和免許可頻段，由于在該頻段波長較長，適合非視距傳播，此時系統(tǒng)會存在較強的多徑效應，而在免許可頻段還存在干擾問題，所以系統(tǒng)采用了抵抗多徑效應、頻率選擇性衰落或窄帶干擾上有明顯優(yōu)勢的OFDM調制，多址方式為OFDMA。
而后，IEEE802.16的標準每年都在發(fā)展，2006年2月，IEEE802.16e(移動寬帶無線城域網接入空中接口標準)形成了最終的出版物。當然，采用的調制方式仍然是OFDM。2004年11月，根據(jù)眾多移動通信運營商、制造商和研究機構的要求，3GPP通過被稱為LongTermEvolution(LTE)即“3G長期演進”的立項工作。項目以制定3G演進型系統(tǒng)技術規(guī)范作為目標。3GPP經過激烈的討論和艱苦的融合，終于在2005年12月選定了LTE的基本傳輸技術，即下行OFDM，上行SC(單載波關FDMA。OFDM由于技術的成熟性，被選用為下行標準很快就達成了共識。而上行技術的選擇上，由于OFDM的高峰均比(PAPR)使得一些設備商認為會增加終端的功放成本和功率消耗，限制終端的使用時間，一些則認為可以通過濾波，削峰等方法限制峰均比。不過，經過討論后，最后上行還是采用了SC一FDMA方式。擁有中國自主知識產權的3G標準一一TD-SCDMA在LTE演進計劃中也提出了TD一CDM一OFDM的方案B3G/4G是ITU提出的目標，并希望在2010年予以實現(xiàn)。B3G/4G的目標是在高速移動環(huán)境下支持高達100Mb/S的下行數(shù)據(jù)傳輸速率，在室內和靜止環(huán)境下支持高達IGb/S的下行數(shù)據(jù)傳輸速率。而OFDM技術也將扮演重要的角色。
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