ofdm技术的优缺点解析,ofdm技术原理介绍

来源:网络整理 作者:2017年12月12日 11:12
关键词:OFDM技术

  一、OFDM技术定义

  OFDM是 Orthogonal Frequency Division MulTIplexing的缩写,即正交频分复用,是一种无线环境下的高速传输技术,也可以看作一种特殊的FDM形式。OFDM 技术的主要思想就是在频域内将给定信道分成许多正交子信道,在每个子信道上使用一个子载波进行调制,并且各子载波并行传输。

  对于移动通信,其信道的频率响应曲线大多是非平坦的,具有频率选择性,但是每个子信道而言又是相对平坦的,在每个子信道上进行的是窄带传输,信号带宽小于信道的相应带宽,因此就可以大大消除信号波形间的干扰。由于这种技术具有在杂波干扰下传送信号的能力,因此常常会被利用在容易外界干扰或者抵抗外界千扰能力较差的传输介质中。

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  二、OFDM基本原理

  通常的数字调制都是在单个载波上进行,如PSK、QAM等。这种单载波的调制方法易发生码间干扰而增加误码率,而且在多径传播的环境中因受瑞利衰落的影响而会造成突发误码。若将高速率的串行数据转换为若干低速率数据流,每个低速数据流对应一个载波进行调制,组成一个多载波的同时调制的并行传输系统。这样将总的信号带宽划分为N个互不重叠的子通道(频带小于Δf),N个子通道进行正交频分多重调制,就可克服上述单载波串行数据系统的缺陷。

  在向B3G/4G演进的过程中,OFDM是关键的技术之一,可以结合分集,时空编码,干扰和信道间干扰抑制以及智能天线技术,最大限度的提高了系统性能。包括以下类型:V-OFDM, W-OFDM, F-OFDM, MIMO-OFDM,多带-OFDM。

  OFDM中的各个载波是相互正交的,每个载波在一个符号时间内有整数个载波周期,每个载波的频谱零点和相邻载波的零点重叠,这样便减小了载波间的干扰。由于载波间有部分重叠,所以它比传统的FDMA提高了频带利用率。

  在OFDM传播过程中,高速信息数据流通过串并变换,分配到速率相对较低的若干子信道中传输,每个子信道中的符号周期相对增加,这样可减少因无线信道多径时延扩展所产生的时间弥散性对系统造成的码间干扰。另外,由于引入保护间隔,在保护间隔大于最大多径时延扩展的情况下,可以最大限度地消除多径带来的符号间干扰。如果用循环前缀作为保护间隔,还可避免多径带来的信道间干扰。在过去的频分复用(FDM)系统中,整个带宽分成N个子频带,子频带之间不重叠,为了避免子频带间相互干扰,频带间通常加保护带宽,但这会使频谱利用率下降。为了克服这个缺点,OFDM采用N个重叠的子频带,子频带间正交,因而在接收端无需分离频谱就可将信号接收下来。

  OFDM系统的一个主要优点是正交的子载波可以利用快速傅利叶变换(FFT/IFFT)实现调制和解调。对于N点的IFFT运算,需要实施N^2次复数乘法,而采用常见的基于2的IFFT算法,其复数乘法仅为(N/2)log2N,可显著降低运算复杂度。

  在OFDM系统的发射端加入保护间隔,主要是为了消除多径所造成的ISI。其方法是在OFDM符号保护间隔内填入循环前缀,以保证在FFT周期内OFDM符号的时延副本内包含的波形周期个数也是整数。这样时延小于保护间隔的信号就不会在解调过程中产生ISI。由于OFDM技术有较强的抗ISI能力以及高频谱效率,2001年开始应用于光通信中,相当多的研究表明了该技术在光通信中的可行性。

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  三、OFDM技术优点

  1.抗衰落能力强

  OFDM把用户信息通过多个子载波传输,在每个子载波上的信号时间就相应地比同速率的单载波系统上的信号时间长很多倍,使OFDM对脉冲噪声(ImpulseNoise)和信道快衰落的抵抗力更强。同时,通过子载波的联合编码,达到了子信道间的频率分集的作用,也增强了对脉冲噪声和信道快衰落的抵抗力。因此,如果衰落不是特别严重,就没有必要再添加时域均衡器。

  2.频率利用率高

  OFDM允许重叠的正交子载波作为子信道,而不是传统的利用保护频带分离子信道的方式,提高了频率利用效率。

  3.适合高速数据传输

  OFDM自适应调制机制使不同的子载波可以按照信道情况和噪音背景的不同使用不同的调制方式。当信道条件好的时候,采用效率高的调制方式。当信道条件差的时候,采用抗干扰能力强的调制方式。再有,OFDM加载算法的采用,使系统可以把更多的数据集中放在条件好的信道上以高速率进行传送。因此,OFDM技术非常适合高速数据传输。

  4.抗码间干扰(ISI)能力强

  码间干扰是数字通信系统中除噪声干扰之外最主要的干扰,它与加性的噪声干扰不同,是一种乘性的干扰。造成码间干扰的原因有很多,实际上,只要传输信道的频带是有限的,就会造成一定的码间干扰。OFDM由于采用了循环前缀,对抗码间干扰的能力很强。

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