OFDM技术发展现状研究

发布时间：2022-10-29 15:10:36 浏览数：次

摘要 OFDM技术在通信中有极大的优越性，可以解决短波通信的诸多问题，改进通信质量。

关键词 OFDM 短波发展

中图分类号：TN911.3 文献标识码：A

OFDM是一种特殊的多载波传输方案，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，多载波传输把数据流分解成若干子数据流，这样每个子数据流将具有比较低的比特速率，用这样的低比特率形成的低速率多状态符号再去调制相应的子载波，就构成多个低速率符号并行发送的传输系统。正交频分复用是对传统多载波调制的一种改进，它的特点是各子载波的相互正交，这减小了子载波间的相互干扰。由于调制后的子载波频谱可以有部分重叠，因而大大提高了频谱利用率。OFDM还具有较好地抗频率选择性衰落和窄带干扰的能力。在单载波系统中，一次衰落或者干扰会导致整个链路失效，但是在多载波系统中，某一时刻只会有少部分的子通道受到深衰落的影响。

OFDM系统收发机的发送端将被传输的数字信号转换成子载波幅度和相位的映像，并进行IDFT将数据的频谱表达式变到时域上。IFFT变换与IDFT变换作用相同，只是有更高的计算效率，所以适用于所有的应用系统。其中，上半部分对应于发射机链路，下半部分对应于接收机链路。由于FFT操作类似于IFFT，因此发射机和接收机可以使用同一硬设备。当然，这种复杂性的节约使得该收发机不能同时进行发送和接收操作。

接收端进行与发送端相反的操作，首先进行射频解调，并用FFT变换分解频域信号，子载波的幅度和相位被采集出来并转换回数字信号。IFFT和FFT互为反变换，选择适当的变换将信号接收或发送。当信号独立于系统时，FFT和IFFT可以被交替使用。

OFDM是由多载波调制（MCM）发展而来的。美军早在20世纪五六十年代就创建了世界上第一个MCM系统，在1970年发展出了采用大规模子载波和频率重叠技术的OFDM系統。但在以后相当长的一段时间里，由于OFDM的各个子载波之间相互正交，要采用DFT实现这种调制，因此在实际应用中，实时傅里叶变换设备相当复杂，同时系统对收发机中振荡器的稳定性以及射频功放大的线性要求也很高。这些都大大制约了OFDM技术的实现。因而OFDM由理论向实践应用发展的脚步较为缓慢。到了20世纪80年代，由于技术的发展，MCM获得了飞跃性的发展，大规模集成电路的出现极大地降低了FFT技术的实现难度，同时其他难以克服的困难也都得到了解决。从此，OFDM走上了通信的舞台，逐步迈入高速Modem和数字移动通信的领域。20世纪90年代，欧洲和澳大利亚开始将OFDM技术广泛应用于广播信道的宽带数据通信、数字音频广播（DAB）、高清晰度数字电视（HDTV）和无线局域网（WLAN）。

随着基带信号处理能力的提高和用户对带宽需求的增加，在过去的几年里，短波数据传输速率大幅度提高。在加拿大，哥斯达黎加（CRC）第一次成功尝试工作是在3kHz的带宽实现9600bps传输速率。1999年6月，加拿大对哥斯达黎加（CRC）的串行调制解调器和瑞卡尔（Racal）的并行调制解调器进行了三个星期的现场比对试验。经过现场试验两种调制解调器性能略有差异，在黎明并行调制解调器比串行调制解调器性能好，在整个晚间并行调制解调器误码率性能一直较低，在白天两种调制解调器工作都很好。

随后美国的Harris公司、通用航天航空防务公司、法国的Thomson公司和德国的Daimler-Chrysler航空航天部门开始将OFDM技术用于短波通信，并在短波通信中开展多载波传输技术的实验测试。实验表明，在短波通信中运用多载波传输技术能极大提升通信质量。

近年来，随着多载波技术的深入发展，国内许多单位也开始着手研究基于OFDM技术的短波通信电台，以发挥OFDM技术的优势，提高短波通信的抗截获性和传输的可靠性。

将OFDM应用于短波通信有较大的优势，主要表现为：

（1）通过对高速率数据流进行串并转换，增加了每个子载波上的数据符号持续时间，即增加了数据符号的比特信噪比，从而提高对抗短波信道的多径时延的能力。

（2）OFDM使用的子载波间相互正交，因此子载波间频谱可以互相重叠，这极大地提高了频谱利用率。

（3）OFDM能够有效对抗频率选择性衰落和载波间干扰，并通过各子信道联合编码，实现子信道间的频率分集作用，从而使系统的整体性能得以提高。

（4）OFDM易于与空时编码、分集、干扰抑制、智能天线技术等结合，以便最大限度地提高物理层信息传输的可靠性。

但是，OFDM系统的输出信号是多个正交的子载波信号的叠加，因此与单载波系统相比，具有对频率偏移比较敏感和峰值平均功率比较高的缺陷。

参考文献

[1] 郭婷.OFDM系统中降低峰均功率比方法的研究[D].南京：南京航空航天大学，2007.

[2] Sari H G Karam，I Jeanclayde.Transmission Techniques for Digital Terrestrial TV Broadcasting，IEEE Communications Magazine，1995：22100-109.

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