OFDM实现无线通信新突破

admin

OFDM（正交频分复用技术）是一种无线环境下的高速传输技术。
    众所周知，无线信道的频率响应曲线大多是非平坦的，而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，这样可以大大消除信号波形间的干扰。由于在OFDM系统中各个子信道的载波相互正交，于是它们的频谱是相互重叠的，这样不但减小了子载波间的相互干扰，同时又提高了频谱利用率。OFDM这种无线电使用效益高、抗噪声能力强、适合高速数据传输的特点使它被认为是第四代移动通信的核心技术。
    但是，OFDM并不是一个最近才提出的概念，事实上它早就被提出，经过了长期的发展正逐步走向成熟。OFDM的概念于20世纪50～60年代提出，1970年OFDM的专利被发表，其基本思想是，通过采用允许子信道频谱重叠但相互间又不影响的频分复用（FDM）方法来并行传送数据；80年代以后，OFDM的调制技术再一次成为研究热点，例如提出一种适于无线信道传送数据的OFDM方案；进入90年代以后，OFDM的应用又涉及利用移动调频（FM）和单边带（SSB）信道进行高速数据通信、陆地移动通信、陆地广播等各种通信系统。
    现在，无线城域网、无线局域网（WLAN），甚至3G的CDMA也开始引入OFDM技术思想以提升其性能。OFDM技术既可用于移动的无线网络，也可以用于固定的无线网络，主要应用于以下几个领域：
    高清晰度数字电视广播。目前，OFDM在数字广播电视系统中实现了广泛的应用，其中数字音频广播（DAB）标准是第一个正式使用OFDM的标准。另外，当前国际上全数字高清晰度电视传输系统中采用的调制技术就包括OFDM技术，欧洲HDTV传输系统已经采用COFDM（codedOFDM：编码OFDM）技术。它具有很高的频谱利用率，可以进一步提高抗干扰能力，满足电视系统的传输要求。选择OFDM作为数字音频广播和数字视频广播（DVB）实现技术的主要原因在于OFDM技术可以有效地解决多径时延扩展问题。因此不难看出，OFDM技术良好的性能使得它在很多领域得到了广泛的应用。欧洲使用了OFDM调制技术的DAB试验系统已在运行，很快吸引了大量听众，明显地增强了移动中接收无线广播的效果。对于DAB的成套芯片的开发工作正在一项欧洲发展项目中进行，它将使OFDM接收机的价格大大降低，其市场前景非常看好。
    无线局域网。技术的不断发展，引发了融合，OFDM等关键技术开始应用到无线局域网中，以提升WLAN的性能。802．11a和802．11g就采用OFDM调制技术，提高了传输速率，增加了网络吞吐量。802．11n计划将MIMO与OFDM相结合，使传输速率成倍提高。
    宽带无线接入。OFDM技术适用于无线环境下的高速传输，不仅应用于无线局域网，还在宽带无线接入（BWA）中得到应用。IEEE802．16工作组专门负责BWA方面的技术工作，它已经开发了一个2GHz～11GHzBWA的标准———IEEE802．16a，物理层就采用了OFDM技术。该标准不仅是新一代的无线接入技术，而且对未来蜂窝移动通信的发展也具有重要意义。在BWA领域，一些公司开发的技术虽然都基于OFDM，但有各自的特色，形成一些专利技术，如VectorOFDM、WidebandOFDM、flash－OFDM等。尽管OFDM有着种种优势，但是对于高速无线通信，单纯的OFDM系统对抗无线环境中的多径衰落是不够的，只有和MIMO技术结合起来，才能更好地发挥其功效。MIMO技术与OFDM技术相结合是无线通信领域智能天线技术的重大突破。MIMO技术能在不增加带宽的情况下成倍地增加通信系统的容量；而OFDM技术被普遍认为是新一代无线通信系统必须采用的关键技术。MIMOOFDM技术可以为系统提供空间复用增益，从而大大增加信道容量。MIMO技术的空间复用就是在接收端和发射端使用多个天线，充分利用空间传播中的多径分量，在同一频带上使用多个数据通道（MIMO子信道）发射信号，从而使得容量随着天线数量的增加而线性增加。这种信道容量的增加不占用额外的带宽，也不消耗额外的发射功率，因此是增加信道和系统容量的一种非常有效的手段。