PDF《浅谈OFDM 的原理及关键技术》

E P ublic S cie nc 信息科学李童彬 (宁波大学信息学院电气工程与自动化专业, 浙江 宁波 315211) 浅谈OFDM的原理及关键技术 【 摘要】 : 正交频分复用(OFDM)是一种新型调制技术,特别适合在多径传播的无线移动信道中高速传输数据.

文章介绍了正交频分复用(OFDM)技术的基本原理, 讨 论了 OFDM 系统的实现方法, 简要介绍了其相关的一些关键技术, 简要分析了 OFDM 系统的性能特点, 最后展望了其发展前景. 【 关键词】 : 正交频分复用 ( OFDM) ;

调制;

解调;

频谱利用率 中图分类号: TN 文献标识码: B 文章编号: 1002- 6908(2008)0110043-

01 引言 无线通信技术在短短的几十年中,历经了从模拟通信到数字通信及 第三通信系统, 其不仅能够提供语音服务,而且包括语音、 数据、 影像等大 量信息的高质量的多媒体业务,并包括实时的流媒体业务, 如何高速和可 靠地传输信息成为人们关注的一个焦点.虽然现在数据传输理论和实践 已经取得了相当大的进展, 但是随着通信的发展, 特别是无线通信业务 的增长, 可以利用的频率资源日趋紧张.OFDM 调制技术的出现为实现 高效的抗干扰调制技术和提高频带利用率开辟了一条的新路径. 它从

60 年代开始发展,应要应用于一些军用通信系统,到了

80 年代,随着超大规 模集成电路(VLSI)的飞速发展,一些制约 OFDM 发展的障碍得以解决, OFDM 开始走上了通信舞台.1999 年IEEE 将OFDM 作为无线局域网 标准 IEEE802.11a 的物理层(PHY)的调制标准.

一、 OFDM 的基本原理 OFDM 是一种无线环境下的高速传输技术, 该技术的基本原理是 将高速串行数据变换成多路相对低速的并行数据并对不同的载波进行 调制.这种并行传输体制大大扩展了符号的脉冲宽度, 提高了抗多径衰 落的性能.传统的频分复用方法中各个子载波的频谱是互不重叠的, 需 要使用大量的发送滤波器和接受滤波器, 这样就大大增加了系统的复杂 度和成本.同时, 为了减小各个子载波间的相互串扰, 各子载波间必须保 持足够的频率间隔, 这样会降低系统的频率利用率.而现代 OFDM 系统 采用数字信号处理技术, 各子载波的产生和接收都由数字信号处理算法 完成, 极大地简化了系统的结构.同时为了提高频谱利用率, 使各子载波 上的频谱相互重叠, 但这些频谱在整个符号周期内满足正交性, 从而保 证接收端能够不失真地复原信号. 当传输信道中出现多径传播时, 接收子载波间的正交性就会被破 坏, 使得每个子载波上的前后传输符号间以及各个子载波间发生相互干 扰.为解决这个问题, 在每个 OFDM 传输信号前面插入一个保护间隔, 它是由 OFDM 信号进行周期扩展得到的.只要多径时延不超过保护间 隔, 子载波间的正交性就不会被破坏.

二、 OFDM 的关键技术 1) 保护间隔和循环前缀 应用 OFDM 的一个最主要原因是他可以有效地对抗多径时延扩 展.通过把输入的数据流串/ 并变换到 N 个并行的子信道中,使得每个用 于去调制子载波的数据符号周期可以扩大为原始数据符号周期的 N 倍, 因此时延扩展与符号周期的比值也同样降低 N 倍. 为了最大限度地消除 符号间干扰,在每个 OFDM 符号之间插入保护间隔,而且该保护间隔长 度一般要大于无线信道的最大时延扩展, 这样一个符号的多径分量就不 会对下一个符号造成干扰. 2) 信道估计技术 接收端使用差分检测时不需要信道估计,但仍需要一些导频信号提 供初始的相位参考. 差分检测可以降低系统的复杂度和导频信号的数量, 但却损失了信噪比.尤其是在 OFDM 系统中,系统对频偏比较敏感,所以 一般使用相干检测. 3) 同步技术 同步是实现 OFDM 技术的关键.到目前为止,提出的同步算法多种 多样.OFDM 系统中主要涉及的同步有码元同步、 载波同步和采样频率 同步.同步一般有两种典型的算法,分别是最大似然估计( ML)算法和 Schmidle&Cox 算法. 最大似然估计算法具有计算量小、 冗余度低、 算法实 现简单、 可同时估计定时和频偏的优点,但该算法的频率估计范围过小, 定时估计较为粗糙,很难直接应用到实际的系统;