【正交频分复用技术原理及应用】正交频分复用的原理
时间：2019-03-31 03:29:20 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要：正交频分复用技术 (Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)是目前应用最广泛的多载波调制技术之一。随着集成数字电路和数字信号处理器件的迅猛发展，在移动通信和其他宽带无线技术中OFDM获得广泛应用。本文主要介绍OFDM技术的原理及其在多方面的应用。
关键词：OFDM，调制技术，4G
引言
正交频分复用技术是一种特殊的多载波传输方案，它可以被看作是一种调制技术，也可以被当作是一种复用技术。随着大规模集成电路让FFT技术的实现不再是难以逾越的障碍，一些其它难以实现的困难也部得到了解决，OFDM广泛应用于通信技术的各个领域。
1正交频分复用技术的基本原理
正交频分复用是目前应用最广泛的多载波调制技术之一。正交频分复用的基本思想是：将信道分成若干个正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到每个信道上进行传输。
当调制信号通过无线信道到达接收端时，由于信道多径效应带来的码间串扰（ISI）的作用，子载波之间不再保持良好的正交状态，因而发送前需要在码元间插入保护间隔。如果保护间隔大于最大时延扩展，则所有时延小于保护间隔的多径信号将不会延伸到下一个码元期间，从而有效地消除了码间串扰。
2 正交频分复用技术技术的应用
2.1地面广播传输中的应用
因为数字广播系统的音频和视频编码朝着国际上同一的标准发展，所以数字外部广播链路的信源编码采用同一标准。信源的比特率要在传输容量与信源的质量之间找到一个平衡点。DTT中的ODFM的有效码元的长度要考虑传播路径的延时和时变衰减。同时这个参数还取决于硬件的限制。如FFT载波的个数和大规模集成电路处理的速度。假定采用统一的带宽，增加有效的码元长度和保护间隔同增加FFT的载波数可以达到一样的效果。硬件技术的发展对OFDM装置性能的改善起着重要的作用。保护间隔的长度大于最大的多径延迟是可取的，但是在DTT中保护间隔的长度不能取得太长。因为在DTT中，即使在保护间隔内，也会有短延迟的多径信号和严重的错误出现，所以有必要确定保护间隔的长度以避免冗余码不能进行充分的纠错。小的装置和低功耗是实际应用中要考虑的主要因素，因此，必须尽量将数字处理部分集成到大规模集成电路上。传统情况下，在大规模的电视直播传输中需要大量的接收基站和定向天线。当应用OFDM-DTT时，可以减少基站的数量并应用非定向的天线。由于它的良好的抗多径传播性能，OFDM调制方案还能够形成单一频率网络。
2.2电力线通信中的应用
电力线不同于普通的数据通信线路,当作为一种数据传输的媒介时遇到许多干扰，为了克服各种干扰,电力线通信（PLC）系统主要采用OFDM等调制技术。 OFDM调制技术可以高效利用带宽，因此可采用更先进的通道编码技术，能够在窄带干扰、脉冲噪声和频率选择性衰减的情况下提供非常可靠的通信。在电力线通信中应用OFDM技术，其显著特点如下:
(1) 电力线的突发干扰(非白噪声干扰) 较大且频繁,OFDM抗非白噪声干扰能力较强。
(2) OFDM可以适应多媒体不同业务对误码的要求。由于不同业务对可接受的比特误码率也不一致,因此在OFDM方式中,可以用不同的载波来传送不同要求的业务。在噪声相同时,要求传输误码率低的业务可用传输效率较低的调制方式；允许传输误码率大一些的业务,则可采用效率较高的调制方式。这样使得信道得到充分地利用。这一点在单载波的应用情况下是难以做到的。
(3) 减少和克服吸收峰的影响。电力线由于分支和接入设备不同,在某些频率会出现吸收峰,峰值点的衰减较大。在OFDM中这些频率点附近的载波就可以降低传输速率,以适应信道变化,但总的损失不大。
2.3 宽带无线网中的应用
OFDM技术应用于无线局域网IEEE 802.11和HiperLAN2，以及无线城域网IEEE 802.16等系统。
在802.11a标准中，OFDM在20MHz频段能够提供高达54Mbit/s速率的原始数据传输。802.16a标准规范中明确定义了OFDM 技术作为无线数据传输方式。IEEE 802.16a标准规定在特许频段，可以使用单载波调制或正交频分复用，对于非特许频段，必须使用正交频分复用调制方式。
2.4 4G中的应用
4G中，OFDM 将与MIMO(Multiple-input Multipleoutput，多输入多输出天线技术)相结合。与目前使用天线不同，MIMO 技术在发送端将要发送的信息空时编码(Space-Time Coding，STC)形成多个信息流，再用多天线发送，在接收端用多个天线接收，这样就能利用信道传输中的多径分量，在不需要增加频谱资源和天线发射功率的情况下可以成倍地提高信道容量，但MIMO技术对频率选择性衰落无能为力，而OFDM 在这方面有其独到优势，因而两者的结合将会发挥更大的优势，成为实现4G中的更有效的方法。
3 总结
OFDM技术由于其抗干扰能力强、频谱利用率高、成本低等原因越来越得到人们的关注，随着人们对于通信数据化、宽带化、个人化和移动化的需求，OFDM技术在在移动通信领域，在无线宽带接人以及第4代移动通信领域将得到越来越广泛的应用。
参考文献
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