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OFDM基本原理及應(yīng)用

作者: 時間:2010-08-14 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
 (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)即正交頻分復(fù)用技術(shù),實際上是MCM Multi-CarrierModulation,多載波調(diào)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(zhuǎn)換成并行的低速子數(shù)據(jù)流,調(diào)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(guān)技術(shù)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(guān)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。

  1、 

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/157188.htm

  ―― OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)即正交頻分復(fù)用技術(shù),實際上OFDM是MCM Multi-CarrierModulation,多載波調(diào)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(zhuǎn)換成并行的低速子數(shù)據(jù)流,調(diào)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(guān)技術(shù)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(guān)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。在向B3G/4G演進的過程中,OFDM是關(guān)鍵的技術(shù)之一,可以結(jié)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(shù),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。

  2、發(fā)展歷史

  


  第四代移動通信系統(tǒng)上個世紀70年代,韋斯坦(Weistein)和艾伯特(Ebert)等人離散傅里葉變換(DFT)和快速傅里葉方法(FFT)研制了一個完整的多載波傳輸系統(tǒng),叫做正交頻分復(fù)用(OFDM)系統(tǒng)。

  OFDM是正交頻分復(fù)用的英文縮寫。正交頻分復(fù)用是一種特殊的多載波傳輸方案。OFDM離散傅里葉變換(DFT)和其逆變換(IDFT)方法解決了產(chǎn)生多個互相正交的子載波和從子載波中恢復(fù)原信號的問題。這就解決了多載波傳輸系統(tǒng)發(fā)送和傳送的難題。快速傅里葉變換更使多載波傳輸系統(tǒng)的復(fù)雜度大大降低。從此OFDM技術(shù)開始走向?qū)嵱?。但是?yīng)用OFDM系統(tǒng)仍然需要大量繁雜的數(shù)字信號處理過程,而當時還缺乏數(shù)字處理功能強大的元器件,因此OFDM技術(shù)遲遲沒有得到迅速發(fā)展。

  

  OFDM基帶收發(fā)機框圖近些年來,集成數(shù)字電路和數(shù)字信號處理器件的迅猛發(fā)展,以及對無線通信高速率要求的日趨迫切,OFDM技術(shù)再次受到了重視。

  在上個世紀60年代已經(jīng)提出了使用平行數(shù)據(jù)傳輸和頻分復(fù)用(FDM)的概念。1970年,美國發(fā)明和申請了一個專利,其思想是采用平行的數(shù)據(jù)和子信道相互重疊的頻分復(fù)用來消除對高速均衡的依賴,用于抵制沖激噪聲和多徑失真,而能充分利用帶寬。這項技術(shù)最初主要用于軍事通信系統(tǒng)。但在以后相當長的一段時間,OFDM理論邁向?qū)嵺`的腳步放緩了。由于OFDM各個子載波之間相互正交,采用FFT實現(xiàn)這種調(diào)制,但在實際應(yīng)用中,實時傅立葉變換設(shè)備的復(fù)雜度、發(fā)射機和接收機振蕩器的穩(wěn)定性以及射頻功率放大器的線性要求等因素部成為OFDM技術(shù)實現(xiàn)的制約條件。在二十世紀80年代,MCM獲得了突破性進展,大規(guī)模集成電路讓FFT技術(shù)的實現(xiàn)不再是難以逾越的障礙,一些其它難以實現(xiàn)的困難也部得到了解決,自此,OFDM走上了通信的舞臺,逐步邁向高速數(shù)字移動通信的領(lǐng)域[1]。

  3、應(yīng)用情況

  

  OFDM基帶信號處理圖由于技術(shù)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)娜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(wǎng)標準,其中OFDM調(diào)制技術(shù)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(wǎng)無線幀結(jié)構(gòu)接口,并支持語音、數(shù)據(jù)、圖像業(yè)務(wù)。這樣的速率完全能滿足室內(nèi)、室外的各種應(yīng)用場合。歐洲電信組織(ETsl)的寬帶射頻接入網(wǎng)的局域網(wǎng)標準HiperiLAN2也把OFDM定為它的調(diào)制標準技術(shù)。

  

  OFDM提高頻譜效率2001年,IEEE802.16通過了無線城域網(wǎng)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(yīng),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(yīng)、頻率選擇性衰落或窄帶干擾上有明顯優(yōu)勢的OFDM調(diào)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(wǎng)接入空中接口標準)形成了最終的出版物。當然,采用的調(diào)制方式仍然是OFDM。

  

  導(dǎo)頻插入方式2004年11月,根據(jù)眾多移動通信運營商、制造商和研究機構(gòu)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(shù)規(guī)范作為目標。3GPP經(jīng)過激烈的討論和艱苦的融合,終于在2005年12月選定了LTE的傳輸技術(shù),即下行OFDM,上行SC(單載波關(guān)FDMA。OFDM由于技術(shù)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(shù)的選擇上,由于OFDM的高峰均比(PAPR)使得一些設(shè)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(jīng)過討論后,最后上行還是采用了SC一FDMA方式。擁有我國自主知識產(chǎn)權(quán)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(nèi)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(shù)也將扮演重要的角色[2]。



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