OFDM在无线通信系统的发展范文

1研究背景

无线通信即利用电磁波来传播信息的方式,是依托于存在多径传播、多谱勒频移、复杂电磁环境的无线衰落信道进行的数据交互。新通信业务和宽带业务得到飞速发展，进一步推动人们对信息传输速率的要求。如果码元传输速率的不断提高，已调信号的带宽也会越来越宽。但是信道在宽的频带上要保持理想的传输特性很难，如此可能造成信号的严重失真，尤其是在具有多径衰落或有频率选择性衰落的信道上。为了解决这个问题，并行调制的体制再次受到极大关注。OFDM也是一类多载波并行调制的体制。它与传统的FDM的区别主要表现在：首先，为了提高频带利用率和增大传输速率，各路子载波的已调信号频谱有部分重叠。其次，各路已调信号是严格正交的，以便接收端能完全地分离出各路信号。此外，每路子载波的调制是多进制调制。最后，每路子载波的调制制度可以不同，并且可以为适应信道的变化而自适应地改变。目前OFDM技术已被广泛应用于广播式的音频和视频领域以及民用通信系统中，主要的应用包括：非对称的数字用户环线(ADSL)、数字视频广播(DVB)、高清晰度电视(HDTV)、无线局域网(WLAN)和第4代(4G)移动通信系统等。在无线通信系统中，正交频分复用（OFDM）作为一种高速、可靠的传输方式正稳步发展。

2OFDM工作原理

正交频分复用也是多路复用技术的一种，多路复用技术使得数据通信的信道传输效率得到极大的提高，复用技术即一种在传输路径上综合多路信道，再在接收端进行解复用的过程。多路复用技术就是在发送端将多路信号进行组合(如广电前端使用的混合器)，然后在一条专用的物理信道上实现传输，接收端再将复合信号分离出来。多路复用技术以频分复用、时分复用和码分复用为主。除了这些常用的复用法外，当然我们也会接触到另外一些复用技术，像极化复用和空分复用等等。

正交频分复用（OFDM）是一种多载波调制技术，用N个子载波把整个信道分割成N个子信道，即将频率上等间隔的N个子载波信号调制并相加后同时发送，实现N个子信道并行传输信息。这样每个符号的频谱只占用信道带宽的1/N，且使各子载波在OFDM符号周期T内保持频谱的正交性。故各子载波合成后的频谱密度曲线如图1所示。每个子载波频率最大处，所有其他子信道的频谱值恰好为零。由于在对OFDM符号时行解调的过程中，需要计算这些点上所对应的每个子载波频率的最大值，所以可以从多个互相重叠的子信道符号中提取每一个子信道符号，而不会受到其他子信道的干扰。从图1中可以看出，OFDM符号频谱实际上可以满足奈奎斯特准则，即多个子信道频谱之间不存在互相干扰。因此这种一个子信道频谱出现最大值而其他子信道频谱为零的特点可以避免载波间干扰（ICI）的出现。

从图1上看，虽然各路子载波的频谱是重叠的，但是实际上在一个码元持续时间内它们是正交的，因此在接收端很容易利用此正交特性将各路子载波分离开。采用如此密集的子载频，并且也不需要子信道间的保护频带间隔，因此能够充分地利用频带，这是OFDM最突出的优点之一。

3OFDM在无线通信中的应用

由于IEEE802.11系列标准解决了空中接口兼容性问题，从而有力推进了无线局域网（WLAN）终端与接入点的互通，这便迅速地降低了设备成本。WLAN得到了飞速的发展，主要面向个人，通常部署在数据业务需求较大的公共场合，一般呈“热点覆盖。目前OFDM技术在WLAN中的运用已经比较成熟了，在有着复杂电磁环境的人类聚集地，显然无线信道中的高速数据传输要比在有线信道中更加难以实现的，此时，有着强大的抗衰落、抗干扰，并且能够实现高速数据传输的OFDM自然成了不二的选择。此外，我们都清楚无线数据业务有非对称性，而OFDM系统恰好可以通过对子信道进行分配来改变上行和下行链路的传输速率。

新型的高速无线局域网标准802.11n计划采用MIMO-OFDM技术，这项技术可以将无线局域网的传输速率提高到108Mbit/s以上，这正好切合了无线局域网的发展需求。MIMO与OFDM技术的结合可以说是强强联合，它们的结合也是新一代无线局域网发展的必然趋势。MIMO可以定义为发送端与接收端之间存在多个独立信道，即各天线单元之间保有充分的时间间隔，从而使得天线之间信号的相关性得以消除，提高信号的链路性能增加数据吞吐量。

作者：陈小书 古婧 李昆 单位：成都理工大学信息科学与技术学院