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什么是OFDM


时间:2017-09-30 09:56来源:永利电子游戏网站科技 作者:产品技术部 点击:

OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)是正交频分复用,将信道分成若干正交子信道,将高速数据信号转换成并行的低速子数据流,调制到在每个子信道上进行传输。
  OFDM信号的载波段是相互之间有部分重合的,用一个有乘积积分功能的滤波器来提取每一路信号,由于各自载波之间的正交性,就可以很好地提取各路信号。
OFDM系统的频谱利用率高了,在宽带移动通信系统里用来抗频率选择性衰落,缺点是对载波同步要求高,容易出现大的峰均功率比。
OFDM机制详解
1、从FDM到OFDM
早期发展的无线网络或移动通信系统,是使用单载波调制(Single-carrier Modulation)技术,单载波调制是将要传送的信号(语音或数据),隐藏在一个载波上,再由天线传送出去。信号若是隐藏于载波的振幅,则有AM、ASK调制系统;信号若是隐藏于载波的频率,则有FM、FSK调制系统;信号若是隐藏于载波的相位,则有PM、PSK调制系统。
使用单载波调制技术的通讯系统,若要增加传输的速率,所须使用载波的带宽必须更大,即传输的符元时间长度(Symbol Duration)越短,而符元时间的长短会影响抵抗通道延迟的能力。若载波使用较大的带宽传输时,相对的符元时间较短,这样的通讯系统只要受到一点干扰或是噪声较大时,就可能会有较大的误码率(Bit Error Ratio, BER)。
为降低解决以上的问题,因此发展出多载波调制(Multi-carrier Modulation)技术,其概念是将一个较大的带宽切割成一些较小的子通道(Subchannel)来传送信号,即是使用多个子载波 (Subcarrier)传来送信号,利用这些较窄的子通道传送时,会使子通道内的每一个子载波的信道频率响应看似平坦,这就是分频多任务 (Frequency Division Multiplexing, FDM)观念。
但是这种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OFDM与FDM两者最大的差异,在OFDM系统架构中每个子信道上的子载波频率是互相正交,所以频谱上虽然重叠,但每个子载波确不受其他子载波影响。从而保证接收端能够不失真地复原信号。
FDM和OFDM频谱互相比较,如图所示,OFDM所须的总带宽较小,倘若可以提供的载波总带宽是固定的,则OFDM系统架构将可以使用更多的子载波, 使得频谱效率增加,提高传输量,而能应付高传输量需求的通讯应用。
2、OFDM原理与特点
OFDM技术的推出其实是为了提高载波的频谱利用率,或者是为了改进对多载波的调制,它的特点是各子载波相互正交,使扩频调制后的频谱可以相互重叠,从而减小了子载波间的相互干扰。在对每个载波完成调制以后,为了增加数据的吞吐量、提高数据传输的速度,它又采用了一种叫作HomePlug的处理技术,来对所有将要被发送数据信号位的载波进行合并处理,把众多的单个信号合并成一个独立的传输信号进行发送。
OFDM增强了抗频率选择性衰落和抗窄带干扰的能力。在单载波系统中,单个衰落或者干扰可能导致整个链路不可用,但在多载波的OFDM系统中,只会有一小部分载波受影响。此外,纠错码的使用还可以帮助其恢复一些载波上的信息。通过合理地挑选子载波位置,可以使OFDM的频谱波形保持平坦,同时保证了各载波之间的正交。
OFDM每个载波所使用的调制方法可以不同。各个载波能够根据信道状况的不同选择不同的调制方式,比如BPSK、QPSK、8PSK、16QAM、64QAM等等,以频谱利用率和误码率之间的最佳平衡为原则。我们通过选择满足一定误码率的最佳调制方式就可以获得最大频谱效率。无线多径信道的频率选择性衰落会使接收信号功率大幅下降,经常会达到30dB之多,信噪比也随之大幅下降。为了提高频谱利用率,应该使用与信噪比相匹配的调制方式。可靠性是通信系统正常运行的基本考核指标,所以很多通信系统都倾向于选择BPSK或QPSK调制,以确保在信道最坏条件下的信噪比要求,但是这两种调制方式的频谱效率很低。
OFDM技术使用了自适应调制,根据信道条件的好坏来选择不同的调制方式。比如在终端靠近基站时,信道条件一般会比较好,调制方式就可以由BPSK(频谱效率1bit/s/Hz)转化成16QAM-64QAM(频谱效率4~6bit/s/Hz),整个系统的频谱利用率就会得到大幅度的提高。
3、OFDM的优缺点
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(Impulse Noise)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。
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。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。
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, OFDM由于采用了循环前缀,对抗码间干扰的能力很强。
缺点:
1) 对频率偏移和相位噪声很敏感。
2) 峰值与均值功率比相对较大,这个比值的增大会降低射频放大器的功率效率。
相信通过上面的介绍,大家都对于OFDM技术有了一个初步的认知,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技术在固定无线接入领域和移动接入领域将越来越得到广泛的应用。未来,还有相当大的领域等待着人们去拓展、研究。

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