正交頻分復(fù)用OFDM技術(shù)的解決途徑

時間：2023-03-28 10:10:49 論文范文我要投稿

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正交頻分復(fù)用（OFDM）技術(shù)的解決途徑

　　一、OFDM的簡單介紹

　　OFDM是正交頻分復(fù)用技術(shù)(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)的縮寫，OFDM是基于多路載波的新型信號調(diào)制傳輸技術(shù)，具體是將信號數(shù)據(jù)分解成多個相互獨立的子信號流，各子信號流將以相對低很多的流量傳輸，多個子信號流以較低流量并行傳輸是OFDM的典型特征，相對于傳統(tǒng)的單載波系統(tǒng)，多載波模式可以大幅度擴展信道容量。上世紀60年代，關(guān)于多載波調(diào)制傳輸技術(shù)的理論工作就已經(jīng)展開，通信技術(shù)專家論證了盡管多載波傳輸存在信號干擾，但仍可大幅度優(yōu)化信息傳輸系統(tǒng)的性能。七零年代初，OFDM首次被已專利形式確定下來，1971年Weinstein和Ebert采用離散傅氏變換實現(xiàn)了多載波調(diào)制，該方法發(fā)表在了IEEE雜志上，之后的十多年內(nèi)，雖然人們深入研究了如何在移動通信領(lǐng)域運用多載波調(diào)制技術(shù)，但由于當時數(shù)字信號處理技術(shù)及高效信號調(diào)制技術(shù)沒有跟上，多載波傳輸技術(shù)并沒有被廣泛應(yīng)用。這一情況直到上世紀九十年代才被改觀，從此OFDM技術(shù)受到重視并被廣泛應(yīng)用開來。

　　OFDM技術(shù)相對于傳統(tǒng)的單載波系統(tǒng)，雖然有效地擴展了信道容量，但多徑傳播各路信號難以事先關(guān)聯(lián)，不可避免出現(xiàn)子信道信號相互干擾，如何消除各種干擾稱為噪音降解。

　　二、噪信降解準備之離散多音頻(DMT)技術(shù)

　　OFDM最先采用頻率不同的子路載波傳輸單個高容量信息流，而不是分別用各路徑傳輸相異子信息流，那種情況下，發(fā)射端采用并行發(fā)射，單一信道內(nèi)可將此種并行發(fā)射傳送技術(shù)與單載波高容量串行傳送進行比較，若簡單借助多組發(fā)射機和接收機來實現(xiàn)，成本會非常高，后來人們實現(xiàn)了將9點的QAM調(diào)制技術(shù)應(yīng)用于多載波調(diào)制系統(tǒng)上，接收端使用子信道相關(guān)性檢測，子載波間的頻率間距取決于碼元編解速率，使頻譜利用率達到了優(yōu)化。

　　離散傅氏變換技術(shù)是將輸入信號分組，使各組數(shù)據(jù)包含n個復(fù)數(shù)碼元，每組的一個復(fù)數(shù)碼元占用一個子信道，接收端先對輸入信號取樣，然后對每組數(shù)據(jù)實施離散傅里葉變換，復(fù)原原信號。這種模式的OFDM稱為DMT，即離散多音頻，DMT技術(shù)主要優(yōu)勢是基于FFT算法的優(yōu)越性，理論上講，n碼元FFT僅耗用 nlogn次乘法運算，直接采用DFT所需的運算為n2量級。

　　近20年來，OFDM技術(shù)，特別是DMT技術(shù)，已經(jīng)被廣泛運用到各種通信技術(shù)中，如今，DMT已被用作ADSL的標準技術(shù)。

　　三、多載波信道噪音降解

　　OFDM技術(shù)配合適當?shù)木幋a技術(shù)及交織技術(shù)，可有效抵抗無線信道的干擾，在無線通信高速傳輸技術(shù)中，頻率響應(yīng)曲線一般不是平坦的，OFDM的主要想法是將給定信道在頻域內(nèi)分解成相互正交的子信道，每個子信道用一個子載波調(diào)制，各子載波并行傳輸。即使總信道不是平坦的，但能保證每個子信道的相對平坦性，由于子信道窄帶傳輸，信號帶寬顯著小于信道帶寬，大大消除了子信號間的干擾。

　　將高速率、高容量的數(shù)據(jù)流分解為多子路徑低速率、低容量數(shù)據(jù)流，各子信號流數(shù)據(jù)采用相互獨立調(diào)制并迭加在一起構(gòu)成發(fā)送信號，由于信道速率及容量降低，同時碼元周期增大，多徑干擾將較少地遺傳到下一碼元，這樣就降低了多徑時延在信號碼元中所占百分比，削弱了多徑干擾對信號傳輸系統(tǒng)的影響。實驗顯示，依據(jù) 802.11a標準指定的編碼交織工序以及對應(yīng)的解碼解交織工序，完全恢復(fù)了原來的信息信號。下圖是示波器所顯示的雙探頭觀測結(jié)果，比較兩路波形，信號在靈敏度內(nèi)不見有差異。

　　要加快OFDM功率譜帶之外的部分下降速度，需對OFDM符號實施加窗處理，加窗處理可以使周期邊緣幅度漸變至零，升余弦窗函數(shù)表示為式(1)：

　　(1)Ts指加窗前的符號長度，β為滾降因子，(1+β)Ts指加窗后的符號長度。

　　下面的式(2)常用來刻畫OFDM之輸出信號的等效

　　由式(2)所刻畫的OFDM信號有一個缺點：功率譜帶外干擾衰減速度太慢，雖然增加子載波數(shù)可加快功率譜帶外干擾衰減速度，但若不采用加窗技術(shù)，效果仍不夠理想。

　　實際通信過程中，加窗過程如下：

　　(1)在n數(shù)字調(diào)制好的信號符后面補零，形成n個輸入樣本值序列。

　　(2)對樣本值序列實施IFFT運算，將輸出信號最后的前綴分別植入對應(yīng)的OFDM符號之前，再將IFFT輸出信號最前面Tpostfix樣值植入到OFDM符號之后。

　　(3)將OFDM符號與式子(1)定義的升余弦窗函數(shù)棕(t)時域相乘。

　　(4)將經(jīng)加窗后的OFDM符延時Ts，與前一個經(jīng)加窗后的OFDM符號相加，相鄰的兩個OFDM符號之間會存在寬帶為βTs的重疊區(qū)。

　　多載波調(diào)制(MCM)技術(shù)是將具有某一帶寬的非線性信道分解為N個近似子信道，每個子信道是近似線性的，每個子信道以低速碼(1/N碼元速率)進行數(shù)據(jù)傳輸，低速率傳輸數(shù)據(jù)碼元周期長，只要時延值與碼元周期的比值小于某一定值，符間串擾就不會明顯。本質(zhì)上講，MCM對信道的時延擴散不敏感，用MCM即使不采用均衡器也可獲得較好的性能。

　　由香農(nóng)公式可知，子信道頻率響應(yīng)為近似線性信道時，信道容量幾乎達到最大值。每個子信道中，發(fā)射功率譜密度可依據(jù)信道特性決定，各信道獨立編碼，再采用適應(yīng)于該子信道映射模式實現(xiàn)信號傳輸———信噪比較高時采用MQAM映射模式，信噪比較低時采用BPSK或QPSK的映射模式。另外，頻率間距Δf足夠小時，C(f)幾乎為常數(shù)，接收端不必要采用均衡算法補償，此時符間串擾已經(jīng)可以忽略。

　　參考文獻

　　[1] Sunborg J. Universal Personal Telecommunication(UPT)，“Concept and Standardisation.”，Erisson Review， 1993， p.70-74

　　[2] John G. Proakis.，張宗橙，鄭寶玉譯. Digital Communication (Third Editon)[M].電子工業(yè)出版社，1999，2.，p.552-560

　　[3]姜丹.信息論與編碼[M].中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，2001，pp.125-130

　　[4]呂浚哲. OFDM的信道均衡技術(shù)[D].西安電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文，2001.1

　　[5]王有政.無線局域網(wǎng)和個人通信系統(tǒng).微波與數(shù)字通信國家重點實驗室. 2001.10

　　[6] Jim Geier，“Wireless LANs： Implementing Interoperable Networks”人民郵電出版社&Macmillan Technical Publishing，2001.4，pp.107-126

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