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問(wèn)題已開啟 (普通問(wèn)題)

對(duì)OFDM的理解有點(diǎn)困難，求助

如題，希望大神能結(jié)合其他多址方式指點(diǎn)一二

提問(wèn)者: kwlyj 提問(wèn)時(shí)間: 2012-08-13

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問(wèn)題答案 ( 1 )

OFDM的英文全稱為Orthogonal Frequency-Division Multiplexing，中文含義為正交頻分復(fù)用技術(shù)。這種技術(shù)是HPA聯(lián)盟（HomePlug Powerline Alliance）工業(yè)規(guī)范的基礎(chǔ)，它采用一種不連續(xù)的多音調(diào)技術(shù)，將被稱為載波的不同頻率中的大量信號(hào)合并成單一的信號(hào)，從而完成信號(hào)傳送。由于這種技術(shù)具有在雜波干擾下傳送信號(hào)的能力，因此常常會(huì)被利用在容易受外界干擾或者抵抗外界干擾能力較差的傳輸介質(zhì)中。
　　其實(shí)，OFDM并不是如今發(fā)展起來(lái)的新技術(shù)，OFDM技術(shù)的應(yīng)用已有近40年的歷史，主要用于軍用的無(wú)線高頻通信系統(tǒng)。但是，一個(gè)OFDM系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，從而限制了其進(jìn)一步推廣。直到上世紀(jì)70年代，人們采用離散傅立葉變換來(lái)實(shí)現(xiàn)多個(gè)載波的調(diào)制，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，使得OFDM技術(shù)更趨于實(shí)用化。80年代，人們研究如何將OFDM技術(shù)應(yīng)用于高速M(fèi)ODEM。進(jìn)入90年代以來(lái)，OFDM技術(shù)的研究深入到無(wú)線調(diào)頻信道上的寬帶數(shù)據(jù)傳輸。目前OFDM技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于廣播式的音頻、視頻領(lǐng)域和民用通信系統(tǒng)，主要的應(yīng)用包括：非對(duì)稱的數(shù)字用戶環(huán)路（ADSL）、ETSI標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字音頻廣播（DAB）、數(shù)字視頻廣播（DVB）、高清晰度電視（HDTV）、無(wú)線局域網(wǎng)（WLAN）等。

編輯本段 基本原理

　　實(shí)際上OFDM是MCM Multi-CarrierModulation，多載波調(diào)制的一種。其主要思想是：將信道分成若干正交子信道，將高速數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換成并行的低速子數(shù)據(jù)流，調(diào)制到在每個(gè)子信道上進(jìn)行傳輸。正交信號(hào)可以通過(guò)在接收端采用相關(guān)技術(shù)來(lái)分開，這樣可以減少子信道間相互干擾 ICI 。每個(gè)子信道上的信號(hào)帶寬小于信道的相關(guān)帶寬，因此每個(gè)子信道上的可以看成平坦性衰落，從而可以消除符號(hào)間干擾。而且由于每個(gè)子信道的帶寬僅僅是原信道帶寬的一小部分，信道均衡變得相對(duì)容易。
　　在向B3G/4G演進(jìn)的過(guò)程中，OFDM是關(guān)鍵的技術(shù)之一，可以結(jié)合分集，時(shí)空編碼，干擾和信道間干擾抑制以及智能天線技術(shù)，最大限度的提高了系統(tǒng)性能。包括以下類型：V-OFDM,W-OFDM,F-OFDM,MIMO-OFDM,多帶-OFDM。OFDM中的各個(gè)載波是相互正交的，每個(gè)載波在一個(gè)符號(hào)時(shí)間內(nèi)有整數(shù)個(gè)載波周期，每個(gè)載波的頻譜零點(diǎn)和相鄰載波的零點(diǎn)重疊，這樣便減小了載波間的干擾。由于載波間有部分重疊，所以它比傳統(tǒng)的FDMA提高了頻帶利用率。
　　在OFDM傳播過(guò)程中，高速信息數(shù)據(jù)流通過(guò)串并變換，分配到速率相對(duì)較低的若干子信道中傳輸，每個(gè)子信道中的符號(hào)周期相對(duì)增加，這樣可減少因無(wú)線信道多徑時(shí)延擴(kuò)展所產(chǎn)生的時(shí)間彌散性對(duì)系統(tǒng)造成的碼間干擾。另外，由于引入保護(hù)間隔，在保護(hù)間隔大于最大多徑時(shí)延擴(kuò)展的情況下，可以最大限度地消除多徑帶來(lái)的符號(hào)間干擾。如果用循環(huán)前綴作為保護(hù)間隔，還可避免多徑帶來(lái)的信道間干擾。
　　在過(guò)去的頻分復(fù)用(FDM)系統(tǒng)中，整個(gè)帶寬分成N個(gè)子頻帶，子頻帶之間不重疊，為了避免子頻帶間相互干擾，頻帶間通常加保護(hù)帶寬，但這會(huì)使頻譜利用率下降。為了克服這個(gè)缺點(diǎn)，OFDM采用N個(gè)重疊的子頻帶，子頻帶間正交，因而在接收端無(wú)需分離頻譜就可將信號(hào)接收下來(lái)。OFDM系統(tǒng)的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是正交的子載波可以利用快速傅利葉變換（FFT/IFFT）實(shí)現(xiàn)調(diào)制和解調(diào)。對(duì)于N點(diǎn)的IFFT運(yùn)算，需要實(shí)施N2次復(fù)數(shù)乘法，而采用常見的基于2的IFFT算法，其復(fù)數(shù)乘法僅為（N/2）log2N，可顯著降低運(yùn)算復(fù)雜度。
　　在OFDM系統(tǒng)的發(fā)射端加入保護(hù)間隔，主要是為了消除多徑所造成的ISI。其方法是在OFDM符號(hào)保護(hù)間隔內(nèi)填入循環(huán)前綴，以保證在FFT周期內(nèi)OFDM符號(hào)的時(shí)延副本內(nèi)包含的波形周期個(gè)數(shù)也是整數(shù)。這樣，時(shí)延小于保護(hù)間隔的信號(hào)就不會(huì)在解調(diào)過(guò)程中產(chǎn)生ISI。
　　由于OFDM技術(shù)有較強(qiáng)的抗ISI能力以及高頻譜效率，2001年開始應(yīng)用于光通信中，相當(dāng)多的研究表明了該技術(shù)在光通信中的可行性。

編輯本段 發(fā)展歷史

第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)

　　上個(gè)世紀(jì)70年代，韋斯坦（Weistein）和艾伯特（Ebert）等人應(yīng)用離散傅里葉變換（DFT）和快速傅里葉方法（FFT）研制了一個(gè)完整的多載波傳輸系統(tǒng)，叫做正交頻分復(fù)用（OFDM）系統(tǒng)。
　　OFDM是正交頻分復(fù)用的英文縮寫。正交頻分復(fù)用是一種特殊的多載波傳輸方案。OFDM應(yīng)用離散傅里葉變換（DFT）和其逆變換（IDFT）方法解決了產(chǎn)生多個(gè)互相正交的子載波和從子載波中恢復(fù)原信號(hào)的問(wèn)題。這就解決了多載波傳輸系統(tǒng)發(fā)送和傳送的難題。應(yīng)用快速傅里葉變換更使多載波傳輸系統(tǒng)的復(fù)雜度大大降低。從此OFDM技術(shù)開始走向?qū)嵱�。但是�?yīng)用OFDM系統(tǒng)仍然需要大量繁雜的數(shù)字信號(hào)處理過(guò)程，而當(dāng)時(shí)還缺乏數(shù)字處理功能強(qiáng)大的元器件，因此OFDM技術(shù)遲遲沒有得到迅速發(fā)展。

OFDM基帶收發(fā)機(jī)框圖

　　近些年來(lái)，集成數(shù)字電路和數(shù)字信號(hào)處理器件的迅猛發(fā)展，以及對(duì)無(wú)線通信高速率要求的日趨迫切，OFDM技術(shù)再次受到了重視。
　　在上個(gè)世紀(jì)60年代已經(jīng)提出了使用平行數(shù)據(jù)傳輸和頻分復(fù)用(FDM)的概念。1970年，美國(guó)申請(qǐng)和發(fā)明了一個(gè)專利，其思想是采用平行的數(shù)據(jù)和子信道相互重疊的頻分復(fù)用來(lái)消除對(duì)高速均衡的依賴，用于抵制沖激噪聲和多徑失真，而能充分利用帶寬。這項(xiàng)技術(shù)最初主要用于軍事通信系統(tǒng)。但在以后相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間，OFDM理論邁向?qū)嵺`的腳步放緩了。由于OFDM各個(gè)子載波之間相互正交，采用FFT實(shí)現(xiàn)這種調(diào)制，但在實(shí)際應(yīng)用中，實(shí)時(shí)傅立葉變換設(shè)備的復(fù)雜度、發(fā)射機(jī)和接收機(jī)振蕩器的穩(wěn)定性以及射頻功率放大器的線性要求等因素都成為OFDM技術(shù)實(shí)現(xiàn)的制約條件。在二十世紀(jì)80年代，MCM獲得了突破性進(jìn)展，大規(guī)模集成電路讓FFT技術(shù)的實(shí)現(xiàn)不再是難以逾越的障礙，一些其它難以實(shí)現(xiàn)的困難也都得到了解決，自此，OFDM走上了通信的舞臺(tái)，逐步邁向高速數(shù)字移動(dòng)通信的領(lǐng)域^[1]。
　　80年代后，OFDM的調(diào)整技術(shù)再一次成為研究熱點(diǎn)。例如，在有線信道的研究中，Hirosaki于1981年用DFT完成的OFDM調(diào)整技術(shù)，試驗(yàn)成功了16QAM多路并行傳送19.2kbit/s的電話線MODEM。
　　進(jìn)入90年代，OFDM的應(yīng)用又涉及到了利用移動(dòng)調(diào)頻和單邊帶（SSB）信道進(jìn)行高速數(shù)據(jù)通信，陸地移動(dòng)通信，高速數(shù)字用戶環(huán)路（HDSL），非對(duì)稱數(shù)字用戶環(huán)路（ADSL）及高清晰度數(shù)字電視（HDTV）和陸地廣播等各種通信系統(tǒng)。
　　由于技術(shù)的可實(shí)現(xiàn)性，在二十世紀(jì)90年代，OFDM廣泛用干各種數(shù)字傳輸和通信中，如移動(dòng)無(wú)線FM信道，高比特率數(shù)字用戶線系統(tǒng)(HDSL)，不對(duì)稱數(shù)字用戶線系統(tǒng)(ADSL)，甚高比特率數(shù)字用戶線系統(tǒng)HDSI〕，數(shù)字音頻廣播(DAB)系統(tǒng)，數(shù)字視頻廣播(DVB)和HDTV地面?zhèn)鞑ハ到y(tǒng)。1999年，IEEE802.lla通過(guò)了一個(gè)SGHz的無(wú)線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，其中OFDM調(diào)制技術(shù)被采用為物理層標(biāo)準(zhǔn)，使得傳輸速率可以達(dá)54MbPs。這樣，可提供25MbPs的無(wú)線ATM接口和10MbPs的以太網(wǎng)無(wú)線幀結(jié)構(gòu)接口，并支持語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、圖像業(yè)務(wù)。這樣的速率完全能滿足室內(nèi)、室外的各種應(yīng)用場(chǎng)合。歐洲電信組織(ETsl)的寬帶射頻接入網(wǎng)的局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)HiperiLAN2也把OFDM定為它的調(diào)制標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。

編輯本段 原理和基本模型

　　正交頻分復(fù)用OFDM（OrthogonalFrequencyDivisionMultiplex)是一種多載波調(diào)制方式，通過(guò)減小和消除碼間串?dāng)_的影響來(lái)克服信道的頻率選擇性衰落。它的基本原理是將信號(hào)分割為N個(gè)子信號(hào)，然后用N個(gè)子信號(hào)分別調(diào)制N個(gè)相互正交的子載波。由于子載波的頻譜相互重疊，因而可以得到較高的頻譜效率。近幾年OFDM在無(wú)線通信領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。
　　下圖是OFDM基帶信號(hào)處理原理圖。其中，（a）是發(fā)射機(jī)工作原理，（b）是接收機(jī)工作原理。

OFDM基帶信號(hào)處理原理圖

　　當(dāng)調(diào)制信號(hào)通過(guò)無(wú)線信道到達(dá)接收端時(shí)，由于信道多徑效應(yīng)帶來(lái)的碼間串?dāng)_的作用，子載波之間不再保持良好的正交狀態(tài)，因而發(fā)送前需要在碼元間插入保護(hù)間隔。如果保護(hù)間隔大于最大時(shí)延擴(kuò)展，則所有時(shí)延小于保護(hù)間隔的多徑信號(hào)將不會(huì)延伸到下一個(gè)碼元期間，從而有效地消除了碼間串?dāng)_。當(dāng)采用單載波調(diào)制時(shí)，為減小ISI的影響，需要采用多級(jí)均衡器，這會(huì)遇到收斂和復(fù)雜性高等問(wèn)題。
　　在發(fā)射端，首先對(duì)比特流進(jìn)行QAM或QPSK調(diào)制，然后依次經(jīng)過(guò)串并變換和IFFT變換，再將并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為串行數(shù)據(jù)，加上保護(hù)間隔（又稱“循環(huán)前綴”），形成OFDM碼元。在組幀時(shí)，須加入同步序列和信道估計(jì)序列，以便接收端進(jìn)行突發(fā)檢測(cè)、同步和信道估計(jì)，最后輸出正交的基帶信號(hào)。
　　當(dāng)接收機(jī)檢測(cè)到信號(hào)到達(dá)時(shí)，首先進(jìn)行同步和信道估計(jì)。當(dāng)完成時(shí)間同步、小數(shù)倍頻偏估計(jì)和糾正后，經(jīng)過(guò)FFT變換，進(jìn)行整數(shù)倍頻偏估計(jì)和糾正，此時(shí)得到的數(shù)據(jù)是QAM或QPSK的已調(diào)數(shù)據(jù)。對(duì)該數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的解調(diào)，就可得到比特流。

OFDM提高頻譜效率

　　FDM/FDMA（頻分復(fù)用/多址）技術(shù)其實(shí)是傳統(tǒng)的技術(shù)，將較寬的頻帶分成若干較窄的子帶（子載波）進(jìn)行并行發(fā)送是最樸素的實(shí)現(xiàn)寬帶傳輸?shù)姆椒�。但是為了避免各子載波之間的干擾，不得不在相鄰的子載波之間保留較大的間隔（如圖（a）所示），這大大降低了頻譜效率。因此，頻譜效率更高的TDM/TDMA（時(shí)分復(fù)用/多址）和CDM/CDMA技術(shù)成為了無(wú)線通信的核心傳輸技術(shù)。但近幾年，由于數(shù)字調(diào)制技術(shù)FFT（快速傅麗葉變換）的發(fā)展，使FDM技術(shù)有了革命性的變化。FFT允許將FDM的各個(gè)子載波重疊排列，同時(shí)保持子載波之間的正交性（以避免子載波之間干擾）。如圖（b）所示，部分重疊的子載波排列可以大大提高頻譜效率，因?yàn)橄嗤膸拑?nèi)可以容納更多的子載波。

編輯本段 應(yīng)用情況

　　由于技術(shù)的可實(shí)現(xiàn)性，在二十世紀(jì)90年代，OFDM廣泛用干各種數(shù)字傳輸和通信中，如移動(dòng)無(wú)線FM信道，高比特率數(shù)字用戶線系統(tǒng)(HDSL)，不對(duì)稱數(shù)字用戶線系統(tǒng)(ADSL)，甚高比特率數(shù)字用戶線系統(tǒng)(HDSI)，數(shù)字音頻廣播(DAB)系統(tǒng)，數(shù)字視頻廣播(DVB)和HDTV地面?zhèn)鞑ハ到y(tǒng)。1999年，IEEE802.lla通過(guò)了一個(gè)5GHz的無(wú)線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，其中OFDM調(diào)制技術(shù)被采用為物理層標(biāo)準(zhǔn)，使得傳輸速率可以達(dá)54MbPs。這樣，可提供25MbPs的無(wú)線ATM接口和10MbPs的以太網(wǎng)無(wú)線幀結(jié)構(gòu)接口，并支持語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、圖像業(yè)務(wù)。這樣的速率完全能滿足室內(nèi)、室外的各種應(yīng)用場(chǎng)合。歐洲電信組織(ETsl)的寬帶射頻接入網(wǎng)的局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)HiperiLAN2也把OFDM定為它的調(diào)制標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。
　　2001年，IEEE802.16通過(guò)了無(wú)線城域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)使用頻段的不同，具體可分為視距和非視距兩種。其中，使用2一11GHz許可和免許可頻段，由于在該頻段波長(zhǎng)較長(zhǎng)，適合非視距傳播，此時(shí)系統(tǒng)會(huì)存在較強(qiáng)的多徑效應(yīng)，而在免許可頻段還存在干擾問(wèn)題，所以系統(tǒng)采用了抵抗多徑效應(yīng)、頻率選擇性衰落或窄帶干擾上有明顯優(yōu)勢(shì)的OFDM調(diào)制，多址方式為OFDMA。而后，IEEE802.16的標(biāo)準(zhǔn)每年都在發(fā)展，2006年2月，IEEE802.16e(移動(dòng)寬帶無(wú)線城域網(wǎng)接入空中接口標(biāo)準(zhǔn))形成了最終的出版物。當(dāng)然，采用的調(diào)制方式仍然是OFDM。
　　2004年11月，根據(jù)眾多移動(dòng)通信運(yùn)營(yíng)商、制造商和研究機(jī)構(gòu)的要求，3GPP通過(guò)被稱為L(zhǎng)ongTermEvolution(LTE)即“3G長(zhǎng)期演進(jìn)”的立項(xiàng)工作。項(xiàng)目以制定3G演進(jìn)型系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范作為目標(biāo)。3GPP經(jīng)過(guò)激烈的討論和艱苦的融合，終于在2005年12月選定了LTE的基本傳輸技術(shù)，即下行OFDM，上行SC(單載波關(guān)FDMA。OFDM由于技術(shù)的成熟性，被選用為下行標(biāo)準(zhǔn)很快就達(dá)成了共識(shí)。而上行技術(shù)的選擇上，由于OFDM的高峰均比(PAPR)使得一些設(shè)備商認(rèn)為會(huì)增加終端的功放成本和功率消耗，限制終端的使用時(shí)間，一些則認(rèn)為可以通過(guò)濾波，削峰等方法限制峰均比。不過(guò)，經(jīng)過(guò)討論后，最后上行還是采用了SC一FDMA方式。擁有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的3G標(biāo)準(zhǔn)一一TD-SCDMA在LTE演進(jìn)計(jì)劃中也提出了TD一CDM一OFDM的方案B3G/4G是ITU提出的目標(biāo)，并希望在2010年予以實(shí)現(xiàn)。B3G/4G的目標(biāo)是在高速移動(dòng)環(huán)境下支持高達(dá)100Mb/S的下行數(shù)據(jù)傳輸速率，在室內(nèi)和靜止環(huán)境下支持高達(dá)IGb/S的下行數(shù)據(jù)傳輸速率。而OFDM技術(shù)也將扮演重要的角色^[2]。

編輯本段 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

參數(shù)的設(shè)計(jì)

　　一個(gè)好的系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須可以避免ISI和ICI，或者至少將他們抑制到可接受的程度。也就是說(shuō)，要選擇一個(gè)足夠的CP以防止由頻率選擇性衰落而引起的ISI和ICI，同時(shí)要選擇適當(dāng)?shù)腛FDM符號(hào)長(zhǎng)度，使信道沖激響應(yīng)（CIR）至少在一個(gè)OFDM符號(hào)期間是不變的。
　　由于OFDM系統(tǒng)對(duì)頻偏和相位噪聲敏感，因此OFDM子載波寬度必須仔細(xì)選定，既不能太大也不能太小。因?yàn)镺FDM符號(hào)周期和子載波帶寬成反比，所以在一定的CP(Cycle Prefix 循環(huán)前綴）長(zhǎng)度下，子載波寬度越小，則符號(hào)周期越大，頻譜效率也越高（因?yàn)槊總€(gè)OFDM符號(hào)前都要插入一個(gè)CP，CP是系統(tǒng)開銷，不傳輸有效數(shù)據(jù)）。但如果子載波寬度過(guò)小，則對(duì)頻偏過(guò)于敏感，難以支持高速移動(dòng)的終端。
　　CP長(zhǎng)度的選擇與無(wú)線信道的時(shí)延擴(kuò)展和小區(qū)的半徑大小息息相關(guān)，時(shí)延擴(kuò)展和小區(qū)半徑越大，需要的CP也越長(zhǎng)。另外，在宏分集（Macrodiversity）廣播系統(tǒng)中，由于終端收到各基站同時(shí)發(fā)出的信號(hào)，為了避免由于傳輸延遲差造成的干擾，需要額外加長(zhǎng)CP。
　　優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)OFDM系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是非常重要的，實(shí)際系統(tǒng)需要處理各種不同的環(huán)境（信道參數(shù)很不同）。一個(gè)解決問(wèn)題的辦法是根據(jù)最差的情況（宏小區(qū)高速移動(dòng)用戶）優(yōu)化參數(shù)，另一個(gè)可選的方法是根據(jù)各種不同的環(huán)境（室內(nèi)、室外、宏小區(qū)、微小區(qū)、微微小區(qū)等）優(yōu)化參數(shù)，但這就需要設(shè)計(jì)高度靈活的收發(fā)信機(jī)。

信道估計(jì)和導(dǎo)頻設(shè)計(jì)

　　OFDM系統(tǒng)的信道估計(jì)，從某種意義上講，比單載波復(fù)雜。需要考慮在獲得較高性能的同時(shí)盡可能減小開銷。因此導(dǎo)頻插入的方式（時(shí)分復(fù)用還是頻分復(fù)用）及導(dǎo)頻的密度都需要認(rèn)真考慮。
　　（1）導(dǎo)頻插入方式
　　導(dǎo)頻插入方式

導(dǎo)頻插入方式

　　方式（a）：TDM插入方式。導(dǎo)頻在所有子載波上發(fā)送，時(shí)域的最小單元是一個(gè)包含導(dǎo)頻信息的OFDM符號(hào)，系統(tǒng)每隔若干個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)傳送一個(gè)導(dǎo)頻符號(hào)。這種插入方式適用于時(shí)域變化小的信道，如室內(nèi)環(huán)境。
　　方式（b）：FDM插入方式。導(dǎo)頻信息在時(shí)域上持續(xù)發(fā)送，在頻域上只占用少數(shù)特定的預(yù)留子載波，每隔若干子載波發(fā)送一個(gè)導(dǎo)頻子載波。這種插入方式對(duì)移動(dòng)性的支持較好，但需要在頻域上進(jìn)行內(nèi)插（interpolation）。
　　方式（c）：離散（Scattered）插入方式。這種插入方式是FDM和TDM方式的結(jié)合。在頻域上，每隔若干子載波插入一個(gè)導(dǎo)頻子載波。在時(shí)域上，每隔若干個(gè)符號(hào)插入一個(gè)導(dǎo)頻符號(hào)。這種插入方式可以充分利用頻域和時(shí)域上的相關(guān)性，用盡可能小的導(dǎo)頻開銷，支持高精度的信道估計(jì)，但這種方法需要同時(shí)在頻域和時(shí)域上做內(nèi)插。
　　不同的導(dǎo)頻插入方式適用于不同的用途（如同步、相位噪聲補(bǔ)償、信道估計(jì)等），例如，采用專用的導(dǎo)頻子載波（即FDM插入方式）適合用于相位補(bǔ)償和載頻的微調(diào)；采用專用的導(dǎo)頻符號(hào)（即TDM插入方式）適合用于信道估計(jì)和時(shí)域/頻域的粗同步; 而離散的導(dǎo)頻插入可同時(shí)用于信道估計(jì)和載頻偏移的微調(diào)，從而有效地減少導(dǎo)頻的開銷。具體采用哪種插入方式，還要根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際需求選擇。

鏈路自適應(yīng)

　　由于可以在頻域劃分空口資源，AMC（自適應(yīng)調(diào)制和編碼）和功率控制技術(shù)在OFDM系統(tǒng)中更容易使用。系統(tǒng)可以對(duì)某個(gè)子載波或子載波組獨(dú)立做AMC和功控，不同的子載波（組）可以采用不同的調(diào)制編碼速率和發(fā)射功率，大大增加AMC和功控的靈活性。
　　另外可以根據(jù)信道的頻率響應(yīng)進(jìn)行頻域調(diào)度，選用信道質(zhì)量較高的子載波（組）進(jìn)行傳輸。鏈路自適應(yīng)如果設(shè)計(jì)的好，可以最大限度地實(shí)現(xiàn)OFDM系統(tǒng)的容量。

控制信息的分布

　　OFDM控制信道插入方式
　　如何在時(shí)域和頻域插入控制信道，還是比較自由的。圖給出了一種控制信道插入方式。由于控制信息通常以最低的調(diào)制階數(shù)進(jìn)行調(diào)制，因此控制信息還可以作為額外的導(dǎo)頻符號(hào)來(lái)提高信道估計(jì)的性能，并降低導(dǎo)頻的開銷。尤其是對(duì)高階調(diào)制的數(shù)據(jù)的解調(diào)可以起到較大的輔助作用。不過(guò)這樣一來(lái)，控制信息的位置必須與導(dǎo)頻位置相對(duì)應(yīng)，如果采用分散的導(dǎo)頻插入方式，控制信道也應(yīng)采用分散的插入方式。另外，這種方法要求先解調(diào)/解碼控制信道，再開始數(shù)據(jù)的解調(diào)，因此增加了額外的處理時(shí)延。

上行同步

　　在上行OFDM系統(tǒng)中，由于要保持各用戶之間的正交性，需要使多個(gè)用戶的信號(hào)在基站“同步接收”，即各用戶的信號(hào)需要同時(shí)到達(dá)基站，誤差在CP之內(nèi)。由于各用戶距基站的距離不同，需要對(duì)各終端的發(fā)射時(shí)鐘進(jìn)行調(diào)整，距離較遠(yuǎn)的終端較早發(fā)送，距離較近的終端較晚發(fā)送，這種操作稱為“上行同步”或“時(shí)鐘控制”（Timing Control）。

多小區(qū)多址和干擾抑制

　　OFDM系統(tǒng)雖然保證了小區(qū)內(nèi)用戶間的正交性，但無(wú)法實(shí)現(xiàn)自然的小區(qū)間多址（CDMA則很容易實(shí)現(xiàn)）。如果不采取任何額外設(shè)計(jì)，系統(tǒng)將面臨嚴(yán)重的小區(qū)間干擾（某些寬帶無(wú)線接入系統(tǒng)就因缺乏這方面的考慮而可能為多小區(qū)組網(wǎng)帶來(lái)困難）。可能的解決方案包括：跳頻OFDMA、加擾、小區(qū)間頻域協(xié)調(diào)、干擾消除等。

編輯本段 技術(shù)比較

CDMA與OFDM之技術(shù)比較

　　頻譜利用率、支持高速率多媒體服務(wù)、系統(tǒng)容量、抗多徑信道干擾等因素是目前大多數(shù)固定寬帶無(wú)線接入設(shè)備商在選擇CDMA（碼分多址）或OFDM（正交頻分復(fù)用）作為點(diǎn)到多點(diǎn)（PMP）的關(guān)鍵技術(shù)時(shí)的主要出發(fā)點(diǎn)。而這兩種技術(shù)在這些方面都各有所長(zhǎng)，因此設(shè)備商需要根據(jù)實(shí)際情況權(quán)衡利弊，進(jìn)行綜合分析，從而做出最佳選擇。

OFDM系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

　　CDMA技術(shù)是基于擴(kuò)頻通信理論的調(diào)制和多址連接技術(shù)。OFDM技術(shù)屬于多載波調(diào)制技術(shù)，它的基本思想是將信道分成許多正交子信道，在每個(gè)子信道上使用一個(gè)子載波進(jìn)行調(diào)制，并且各個(gè)子載波并行傳輸。OFDM和CDMA技術(shù)各有利弊。CDMA具有眾所周知的優(yōu)點(diǎn)，而采用多種新技術(shù)的OFDM也表現(xiàn)出了良好的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可擴(kuò)展性、更高的頻譜利用率、更靈活的調(diào)制方式和抗多徑干擾能力。下面主要從調(diào)制技術(shù)、峰均功率比、抗窄帶干擾能力等角度分析這兩種技術(shù)在性能上的具體差異。

OFDM頻譜效率比較

　　——調(diào)制技術(shù)。一般來(lái)說(shuō)，無(wú)線系統(tǒng)中頻譜效率可以通過(guò)采用16QAM（正交幅度調(diào)制）、64QAM乃至更高階的調(diào)制方式得到提高，而且一個(gè)好的通信系統(tǒng)應(yīng)該在頻譜效率和誤碼率之間獲得最佳平衡。
　　在CDMA系統(tǒng)中，下行鏈路可支持多種調(diào)制，但每條鏈路的符號(hào)調(diào)制方式必須相同，而上行鏈路卻不支持多種調(diào)制，這就使得CDMA系統(tǒng)喪失了一定的靈活性。并且，在這種非正交的鏈路中，采用高階調(diào)制方式的用戶必將會(huì)對(duì)采用低階調(diào)制的用戶產(chǎn)生很大的噪聲干擾。
　　在OFDM系統(tǒng)中，每條鏈路都可以獨(dú)立調(diào)制，因而該系統(tǒng)不論在上行還是在下行鏈路上都可以容易地同時(shí)容納多種混合調(diào)制方式。這就可以引入“自適應(yīng)調(diào)制”的概念。它增加了系統(tǒng)的靈活性，例如，在信道好的條件下終端可以采用較高階的如64QAM調(diào)制以獲得最大頻譜效率，而在信道條件變差時(shí)可以選擇QPSK（四相移相鍵控）調(diào)制等低階調(diào)制來(lái)確保信噪比。這樣，系統(tǒng)就可以在頻譜利用率和誤碼率之間取得最佳平衡。此外，雖然信道間干擾限制了某條特定鏈路的調(diào)制方式，但這一點(diǎn)可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)頻率規(guī)劃和無(wú)線資源管理等手段來(lái)解決。

OFDM頻率偏差錯(cuò)誤

　　——峰均功率比（PAPR）。這也是設(shè)備商們應(yīng)該考慮的一個(gè)重要因素。因?yàn)镻APR過(guò)高會(huì)使得發(fā)送端對(duì)功率放大器的線性要求很高，這就意味著要提供額外功率、電池備份和擴(kuò)大設(shè)備的尺寸，進(jìn)而增加基站和用戶設(shè)備的成本。
　　CDMA系統(tǒng)的PAPR一般在5～11dB，并會(huì)隨著數(shù)據(jù)速率和使用碼數(shù)的增加而增加。目前已有很多技術(shù)可以降低CDMA的PAPR。
　　在OFDM系統(tǒng)中，由于信號(hào)包絡(luò)的不恒定性，使得該系統(tǒng)對(duì)非線性很敏感。如果沒有改善非線性敏感性的措施，OFDM技術(shù)將不能用于使用電池的傳輸系統(tǒng)和手機(jī)等。目前有很多技術(shù)可以降低OFDM的PAPR。
　　——抗窄帶干擾能力。CDMA的最大優(yōu)勢(shì)就表現(xiàn)在其抗窄帶干擾能力方面。因?yàn)楦蓴_只影響整個(gè)擴(kuò)頻信號(hào)的一小部分；而OFDM中窄帶干擾也只影響其頻段的一小部分，而且系統(tǒng)可以不使用受到干擾的部分頻段，或者采用前向糾錯(cuò)和使用較低階調(diào)制等手段來(lái)解決。

較高的峰值平均功率比

　　——抗多徑干擾能力。在無(wú)線信道中，多徑傳播效應(yīng)造成接收信號(hào)相互重疊，產(chǎn)生信號(hào)波形間的相互干擾，使接收端判斷錯(cuò)誤。這會(huì)嚴(yán)重地影響信號(hào)傳輸?shù)馁|(zhì)量。
　　為了抵消這種信號(hào)自干擾，CDMA接收機(jī)采用了RAKE分集接收技術(shù)來(lái)區(qū)分和綁定多路信號(hào)能量。為了減少干擾源，RAKE接收機(jī)提供一些分集增益。然而由于多路信號(hào)能量不相等，試驗(yàn)證明，如果路徑數(shù)超過(guò)7或8條，這種信號(hào)能量的分散將使得信道估計(jì)精確度降低，RAKE的接收性能下降就會(huì)很快。
　　OFDM技術(shù)與RAKE接收的思路不同，它是將待發(fā)送的信息碼元通過(guò)串并變換，降低速率，從而增大碼元周期，以削弱多徑干擾的影響。同時(shí)它使用循環(huán)前綴（CP）作為保護(hù)間隔，大大減少甚至消除了碼間干擾，并且保證了各信道間的正交性，從而大大減少了信道間干擾。當(dāng)然，這樣做也付出了帶寬的代價(jià)，并帶來(lái)了能量損失：CP越長(zhǎng)，能量損失就越大。
　　——功率控制技術(shù)。在CDMA系統(tǒng)中，功率控制技術(shù)是解決遠(yuǎn)近效應(yīng)的重要方法，而且功率控制的有效性決定了網(wǎng)絡(luò)的容量。相對(duì)來(lái)說(shuō)功率控制不是OFDM系統(tǒng)的基本需求。OFDM系統(tǒng)引入功率控制的目的是最小化信道間干擾。

OFDM的小區(qū)間干擾

　　——網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃。由于CDMA本身的技術(shù)特性，CDMA系統(tǒng)的頻率規(guī)劃問(wèn)題不很突出，但卻面臨著碼的設(shè)計(jì)規(guī)劃問(wèn)題。OFDM系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的最基本目的是減少信道間的干擾。由于這種規(guī)劃是基于頻率分配的，設(shè)計(jì)者只要預(yù)留些頻段就可以解決小區(qū)分裂的問(wèn)題。
　　——均衡技術(shù)。均衡技術(shù)可以補(bǔ)償時(shí)分信道中由于多徑效應(yīng)而產(chǎn)生的ISI。在CDMA系統(tǒng)中，信道帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于信道的平坦衰落帶寬。由于擴(kuò)頻碼自身良好的自相關(guān)性，使得在無(wú)線信道傳輸中的時(shí)延擴(kuò)展可以被看作只是被傳信號(hào)的再次傳送。如果這些多徑信號(hào)相互間的延時(shí)超過(guò)一個(gè)碼片的長(zhǎng)度，就可被RAKE接收端視為非相關(guān)的噪聲，而不再需要均衡。
　　對(duì)OFDM系統(tǒng)，在一般的衰落環(huán)境下，均衡不是改善系統(tǒng)性能的有效方法，因?yàn)榫獾膶?shí)質(zhì)是補(bǔ)償多徑信道特性。而OFDM技術(shù)本身已經(jīng)利用了多徑信道的分集特性，因此該系統(tǒng)一般不必再作均衡
　　OFDM產(chǎn)生的過(guò)程
　　􀂃 時(shí)分多路頻分多路OFDM
　　時(shí)分多路-- 頻分多路-- OFDM下面分析FDM系統(tǒng)相鄰載波相互干擾大小的影響因素。

兩種子載波排列方式

　　.. 一個(gè)時(shí)域中單獨(dú)的寬度為Δt的矩形脈沖對(duì)應(yīng)連續(xù)頻譜：
　　.. 頻譜不是離散譜線，而是一個(gè)連續(xù)的sin(x)/x抽樣函數(shù)曲線。
　　Δt的變化使得對(duì)應(yīng)頻域的Δf也變化：
　　􀂃 如果Δt趨向于0，對(duì)應(yīng)的Δf趨向于無(wú)窮大；
　　􀂃 這對(duì)應(yīng)迪拉克脈沖，其頻譜為一條直線，包含所有頻率分量。
　　如果Δt趨向于無(wú)窮大，對(duì)應(yīng)的Δf趨向于0；這對(duì)應(yīng)時(shí)域中一條直
　　線，其頻譜為零頻處的一條譜線，表示DC分量。
　　二者之間存在以下的關(guān)系： Δf=1/ Δt
　　一個(gè)間隔為Tp，寬度為Δt的矩形脈沖序列也對(duì)應(yīng)著頻域的sin(x)/x形函數(shù)，但此時(shí)只有離散譜線，譜線間隔為fp=1/Tp，譜線幅度隨sin(x)/x抽樣函數(shù)包絡(luò)變化。
　　周期矩形脈沖信號(hào)的頻譜

跳頻OFDMA

　　不同τ值時(shí)周期矩形信號(hào)的頻譜　(a) τ=T/5; (b) τ=T/10
　　不同T值時(shí)周期矩形信號(hào)的頻譜　(a) T=5τ; (b) T=10 τ
　　矩形脈沖與正交性之間有什么關(guān)系？
　　􀂃 載波信號(hào)都是正弦函數(shù)信號(hào)。
　　􀂃 一個(gè)頻率為fs=1/Ts的正弦波信號(hào)對(duì)應(yīng)頻譜為頻域中位于頻率fs和－fs的兩條離散譜線。
　　這些正弦信號(hào)載波是通過(guò)幅度和頻率變化來(lái)攜帶信息的（幅移鍵控和頻移鍵控）。
　　OFDM：
　　這些正弦載波不是連續(xù)從負(fù)無(wú)窮延伸到正無(wú)窮，而是在
　　特定的Δt之后幅度和相位發(fā)生變化。
　　􀂙 因此已調(diào)載波信號(hào)由時(shí)域中一個(gè)被矩形窗截?cái)嗟恼倚?
　　號(hào)段組成，稱為burst packets 。
　　􀂙 加矩形窗的Burst Packets：

與其他載波調(diào)制方式的比較

　　不同的無(wú)線載波調(diào)制方式有不同的特性。這些特性決定了在不同距離上傳輸不同數(shù)據(jù)量的能力。以下提及的載波調(diào)制方式已被運(yùn)用到各種無(wú)線技術(shù)中，正交頻分復(fù)用與他們相比的區(qū)別分別為：
　　（一）固定頻率　　
在一個(gè)特定的頻段范圍（通常非常窄）內(nèi)傳播信號(hào)的方式。通過(guò)此方式傳輸?shù)男盘?hào)通常要求高功率的信號(hào)發(fā)射器并且獲得使用許可。如果遇到較強(qiáng)的干擾，信道內(nèi)或者附近的固定頻率發(fā)射器將受到影響。對(duì)于許可證的要求就是為了減少相鄰的系統(tǒng)在使用相同的信道時(shí)產(chǎn)生的干擾。
　　（二）跳頻擴(kuò)頻　　
使用被發(fā)射器和接收器都知曉的偽隨機(jī)序列，在很多頻率信道內(nèi)快速跳變以發(fā)射無(wú)線電信號(hào)。FHSS有較強(qiáng)的抗干擾能力，一旦信號(hào)在某信道中受阻，它將迅速再下一跳中重新發(fā)送信號(hào)。
　　（三）直接序列擴(kuò)頻　　
在設(shè)備的特定的發(fā)射頻率內(nèi)以廣播形式發(fā)射信號(hào)。用戶數(shù)據(jù)在空間傳送之前，先附加“擴(kuò)頻碼”，實(shí)現(xiàn)擴(kuò)頻傳輸。接收器在解調(diào)制的過(guò)程中將干擾剔除。在去除擴(kuò)頻碼、提取有效信號(hào)時(shí)，噪聲信號(hào)同時(shí)剔除。
　�。�四）正交頻分復(fù)用　　
同時(shí)在多個(gè)子載波頻率上以廣播形式發(fā)射信號(hào)。每個(gè)子載波的帶寬都很窄，可以承載高速數(shù)據(jù)信號(hào)。OFDM適用于嚴(yán)酷的信道條件。由于OFDM具有較高的復(fù)雜度，有很多方式來(lái)抗干擾。對(duì)窄帶干擾的抗干擾能力也不錯(cuò)，因?yàn)榇罅康恼坏淖虞d波和與DSSS相似的信道編碼機(jī)制。

編輯本段 優(yōu)勢(shì)與不足

優(yōu)勢(shì)

　　OFDM存在很多技術(shù)優(yōu)點(diǎn)見如下，在3G、4G中被運(yùn)用，作為通信方面其有很多優(yōu)勢(shì)：

DFT-S-OFDM

　�。�1）在窄帶帶寬下也能夠發(fā)出大量的數(shù)據(jù)。OFDM技術(shù)能同時(shí)分開至少1000個(gè)數(shù)字信號(hào)，而且在干擾的信號(hào)周圍可以安全運(yùn)行的能力將直接威脅到目前市場(chǎng)上已經(jīng)開始流行的CDMA技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展壯大的態(tài)勢(shì)，正是由于具有了這種特殊的信號(hào)“穿透能力”使得OFDM技術(shù)深受歐洲通信營(yíng)運(yùn)商以及手機(jī)生產(chǎn)商的喜愛和歡迎，例如加利福尼亞Cisco系統(tǒng)公司、紐約Flarion工學(xué)院以及朗訊工學(xué)院等開始使用，在加拿大Wi-LAN工學(xué)院也開始使用這項(xiàng)技術(shù)。
　　(2) OFDM技術(shù)能夠持續(xù)不斷地監(jiān)控傳輸介質(zhì)上通信特性的突然變化，由于通信路徑傳送數(shù)據(jù)的能力會(huì)隨時(shí)間發(fā)生變化，所以O(shè)FDM能動(dòng)態(tài)地與之相適應(yīng)，并且接通和切斷相應(yīng)的載波以保證持續(xù)地進(jìn)行成功的通信；
　　(3) 該技術(shù)可以自動(dòng)地檢測(cè)到傳輸介質(zhì)下哪一個(gè)特定的載波存在高的信號(hào)衰減或干擾脈沖，然后采取合適的調(diào)制措施來(lái)使指定頻率下的載波進(jìn)行成功通信；
　　(4) OFDM技術(shù)特別適合使用在高層建筑物、居民密集和地理上突出的地方以及將信號(hào)散播的地區(qū)。高速的數(shù)據(jù)傳播及數(shù)字語(yǔ)音廣播都希望降低多徑效應(yīng)對(duì)信號(hào)的影響。
　　(5) OFDM技術(shù)的最大優(yōu)點(diǎn)是對(duì)抗頻率選擇性衰落或窄帶干擾。在單載波系統(tǒng)中，單個(gè)衰落或干擾能夠?qū)е抡麄€(gè)通信鏈路失敗，但是在多載波系統(tǒng)中，僅僅有很小一部分載波會(huì)受到干擾。對(duì)這些子信道還可以采用糾錯(cuò)碼來(lái)進(jìn)行糾錯(cuò)。
　　(6) 可以有效地對(duì)抗信號(hào)波形間的干擾，適用于多徑環(huán)境和衰落信道中的高速數(shù)據(jù)傳輸。當(dāng)信道中因?yàn)槎鄰絺鬏敹霈F(xiàn)頻率選擇性衰落時(shí)，只有落在頻帶凹陷處的子載波以及其攜帶的信息受影響，其他的子載波未受損害，因此系統(tǒng)總的誤碼率性能要好得多。
　　(7) 通過(guò)各個(gè)子載波的聯(lián)合編碼，具有很強(qiáng)的抗衰落能力。OFDM技術(shù)本身已經(jīng)利用了信道的頻率分集，如果衰落不是特別嚴(yán)重，就沒有必要再加時(shí)域均衡器。通過(guò)將各個(gè)信道聯(lián)合編碼，則可以使系統(tǒng)性能得到提高。
　　(8) OFDM技術(shù)抗窄帶干擾性很強(qiáng)，因?yàn)檫@些干擾僅僅影響到很小一部分的子信道。
　　(9) 可以選用基于IFFT/FFT的OFDM實(shí)現(xiàn)方法；
　　(10) 信道利用率很高，這一點(diǎn)在頻譜資源有限的無(wú)線環(huán)境中尤為重要；當(dāng)子載波個(gè)數(shù)很大時(shí)，系統(tǒng)的頻譜利用率趨于2Baud/Hz。（baud 即波特；1 Baud = log2M (bit/s) ，其中M是信號(hào)的編碼級(jí)數(shù)。

不足

　　雖然OFDM有上述優(yōu)點(diǎn)，但是同樣其信號(hào)調(diào)制機(jī)制也使得OFDM信號(hào)在傳輸過(guò)程中存在著一些劣勢(shì)：
　　(1)對(duì)相位噪聲和載波頻偏十分敏感
　　這是OFDM技術(shù)一個(gè)非常致命的缺點(diǎn)，整個(gè)OFDM系統(tǒng)對(duì)各個(gè)子載波之間的正交性要求格外嚴(yán)格，任何一點(diǎn)小的載波頻偏都會(huì)破壞子載波之間的正交性，引起ICI，同樣，相位噪聲也會(huì)導(dǎo)致碼元星座點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)、擴(kuò)散，從而形成ICI。而單載波系統(tǒng)就沒有這個(gè)問(wèn)題，相位噪聲和載波頻偏僅僅是降低了接收到的信噪比SNR，而不會(huì)引起互相之間的干擾。
　　(2)峰均比過(guò)大
　　OFDM信號(hào)由多個(gè)子載波信號(hào)組成，這些子載波信號(hào)由不同的調(diào)制符號(hào)獨(dú)立調(diào)制。同傳統(tǒng)的恒包絡(luò)的調(diào)制方法相比，OFDM調(diào)制存在一個(gè)很高的峰值因子。因?yàn)镺FDM信號(hào)是很多個(gè)小信號(hào)的總和，這些小信號(hào)的相位是由要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)序列決定的。對(duì)某些數(shù)據(jù)，這些小信號(hào)可能同相，而在幅度上疊加在一起從而產(chǎn)生很大的瞬時(shí)峰值幅度。而峰均比過(guò)大，將會(huì)增加A/D和D/A的復(fù)雜性，而且會(huì)降低射頻功率放大器的效率。同時(shí)，在發(fā)射端，放大器的最大輸出功率就限制了信號(hào)的峰值，這會(huì)在OFDM頻段內(nèi)和相鄰頻段之間產(chǎn)生干擾。
　　(3)所需線性范圍寬
　　由于OFDM系統(tǒng)峰值平均功率比(PAPR)大，對(duì)非線性放大更為敏感，故OFDM調(diào)制系統(tǒng)比單載波系統(tǒng)對(duì)放大器的線性范圍要求更高。

編輯本段 實(shí)現(xiàn)中的問(wèn)題

　　雖然OFDM已成為新一代無(wú)線通信最有競(jìng)爭(zhēng)力的技術(shù)，但這種技術(shù)也存在一些內(nèi)在的局限和設(shè)計(jì)中必須注意的問(wèn)題：

子載波的排列和分配

　　OFDM子載波可以按兩種方式排列：集中式(Locolized)和分布式(Distributed)。
　　集中式即將若干連續(xù)子載波分配給一個(gè)用戶，這種方式下系統(tǒng)可以通過(guò)頻域調(diào)度(scheduling)選擇較優(yōu)的子載波組(用戶)進(jìn)行傳輸，從而獲得多用戶分集增益。
　　另外，集中方式也可以降低信道估計(jì)的難度。但這種方式獲得的頻率分集增益較小，用戶平均性能略差。
　　分布式系統(tǒng)將分配給一個(gè)用戶的子載波分散到整個(gè)帶寬，從而獲得頻率分集增益。但這種方式下信道估計(jì)較為復(fù)雜，也無(wú)法采用頻域調(diào)度。設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況在上述兩種方式中靈活進(jìn)行選擇。

PAPR問(wèn)題

　　OFDM系統(tǒng)由于發(fā)送頻域信號(hào)，峰平比(PAPR)較高，從而會(huì)增加了發(fā)射機(jī)功放的成本和耗電量，不利于在上行鏈路實(shí)現(xiàn)(終端成本和耗電量受到限制)。在未來(lái)的上行移動(dòng)通信系統(tǒng)中，很可能將采用改進(jìn)型的OFDM技術(shù)，如DFT-S(離散傅麗葉變換擴(kuò)展)-OFDM或帶有降PAPR技術(shù)(子載波保留、削波)的OFDM。

多小區(qū)多址和干擾抑制

　　OFDM系統(tǒng)雖然保證了小區(qū)內(nèi)用戶間的正交性，但無(wú)法實(shí)現(xiàn)自然的小區(qū)間多址(CDMA則很容易實(shí)現(xiàn))。
　　如果不采取任何額外設(shè)計(jì)，系統(tǒng)將面臨嚴(yán)重的小區(qū)間干擾(WiMAX系統(tǒng)就因缺乏這方面的考慮而可能為多小區(qū)組網(wǎng)帶來(lái)困難)。可能的解決方案包括：跳頻OFDMA、小區(qū)間頻域協(xié)調(diào)、干擾消除等。

編輯本段 OFDMA

　　隨著OFDM技術(shù)的發(fā)展，也出現(xiàn)了一系列改進(jìn)的OFDM技術(shù)，以解決OFDM本身的一些問(wèn)題。下面對(duì)最主要的幾個(gè)技術(shù)進(jìn)行介紹。首先，OFDM本身不具有多址能力，需要和其他的多址技術(shù)，如TDMA、CDMA、FDMA等結(jié)合實(shí)現(xiàn)多址，包括OFDMA（正交頻分復(fù)用）、MC（多載波）-CDMA、MC-DS（直接序列擴(kuò)頻）-CDMA、VSF-OFCDM（可變擴(kuò)頻因子正交頻碼分復(fù)用）等技術(shù)。DFT-S-OFDM（離散傅麗葉變換擴(kuò)展OFDM）是一種為降低PAPR設(shè)計(jì)的OFDM改進(jìn)技術(shù)。

子信道OFDMA

　　將OFDM和FDMA技術(shù)結(jié)合形成的OFDMA技術(shù)是最常見的OFDM多址技術(shù)，又分為子信道（Subchannel）OFDMA和跳頻OFDMA。子信道OFDMA即將整個(gè)OFDM系統(tǒng)的帶寬分成若干子信道，每個(gè)子信道包括若干子載波，分配給一個(gè)用戶（也可以一個(gè)用戶占用多個(gè)子信道）。
　　OFDM子載波可以按兩種方式組合成子信道：集中式（Locolized）和分布式（Distributed），如圖所示。集中式即將若干連續(xù)子載波分配給一個(gè)子信道（用戶），這種方式下系統(tǒng)可以通過(guò)頻域調(diào)度（scheduling）選擇較優(yōu)的子信道（用戶）進(jìn)行傳輸，從而獲得多用戶分集增益（圖（a））。另外，集中方式也可以降低信道估計(jì)的難度。但這種方式獲得的頻率分集增益較小，用戶平均性能略差。分布式系統(tǒng)將分配給一個(gè)子信道的子載波分散到整個(gè)帶寬，各子載波的子載波交替排列，從而獲得頻率分集增益（圖（b））。但這種方式下信道估計(jì)較為復(fù)雜，也無(wú)法采用頻域調(diào)度，抗頻偏能力也較差。設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況在上述兩種方式中靈活進(jìn)行選擇。

跳頻OFDMA

　　子信道OFDMA對(duì)子信道（用戶）的子載波分配相對(duì)固定，即某個(gè)用戶在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)長(zhǎng)內(nèi)使用指定的子載波組（這個(gè)時(shí)長(zhǎng)由頻域調(diào)度的周期而定）。這種OFDMA系統(tǒng)足以實(shí)現(xiàn)小區(qū)內(nèi)的多址，但實(shí)現(xiàn)小區(qū)間多址卻有一定的問(wèn)題。因?yàn)槿绻餍^(qū)根據(jù)本小區(qū)的信道變化情況進(jìn)行調(diào)度，各小區(qū)使用的子載波資源難免沖突，隨之導(dǎo)致小區(qū)間干擾。如果要避免這樣的干擾，則需要在相鄰小區(qū)間進(jìn)行協(xié)調(diào)（聯(lián)合調(diào)度），但這種協(xié)調(diào)可能需要網(wǎng)絡(luò)層的信令交換的支持，對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的影響較大。
　　另一種選擇就是采用跳頻OFDMA。在這種系統(tǒng)中，分配給一個(gè)用戶的子載波資源快速變化，每個(gè)時(shí)隙，此用戶在所有子載波中抽取若干子載波使用，同一時(shí)隙中，各用戶選用不同的子載波組（如圖所示）。與基于頻域調(diào)度的子信道化不同，這種子載波的選擇通常不依賴信道條件而定，而是隨機(jī)抽取。在下一個(gè)時(shí)隙，無(wú)論信道是否發(fā)生變化，各用戶都跳到另一組子載波發(fā)送，但用戶使用的子載波仍不沖突。跳頻的周期可能比子信道OFDMA的調(diào)度周期短的多，最短可為OFDM符號(hào)長(zhǎng)度。這樣，在小區(qū)內(nèi)部，各用戶仍然正交，并可利用頻域分集增益。在小區(qū)之間不需進(jìn)行協(xié)調(diào)，使用的子載波可能沖突，但快速跳頻機(jī)制可以將這些干擾在時(shí)域和頻域分散開來(lái)，即可將干擾白化為噪聲，大大降低干擾的危害。隨著各小區(qū)的負(fù)載的加重，沖突的子載波越來(lái)越多，這種“干擾噪聲”也會(huì)積累，使信噪比降低，但在負(fù)載不是很重的系統(tǒng)中，跳頻OFDMA可以簡(jiǎn)單而有效地抑制小區(qū)間干擾。
　　DFT-S-OFDM
　　DFT-S-OFDM是基于OFDM的一種改進(jìn)技術(shù)。由于傳統(tǒng)OFDM技術(shù)的PAPR較高，在上行鏈路用戶便攜或手持終端有一定困難。OFDM本身也可以采用一系列降低PAPR的附加技術(shù)，如子載波預(yù)留和削波等。另一種方法是在發(fā)射機(jī)的IFFT處理前對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)擴(kuò)展處理，其中最典型的就是用離散傅麗葉變換進(jìn)行擴(kuò)展，這就是DFT-S-OFDM技術(shù)。
　　如圖所示，將每個(gè)用戶所使用的子載波進(jìn)行DFT處理，由時(shí)域轉(zhuǎn)換到頻域，然后將各用戶的頻域信號(hào)輸入到IFFT模塊，這樣各用戶的信號(hào)又一起被轉(zhuǎn)換到時(shí)域并發(fā)送。經(jīng)過(guò)這樣的改進(jìn)，我們發(fā)現(xiàn)每個(gè)用戶的發(fā)送信號(hào)由頻域信號(hào)（傳統(tǒng)OFDM）又回到了時(shí)域信號(hào)（和單載波系統(tǒng)相同），這樣PAPR就被大大降低了。由于在這個(gè)系統(tǒng)中，每個(gè)用戶的發(fā)送信號(hào)波形類似于單載波，也有人將其看作一種單載波技術(shù)，雖然它是從OFDM技術(shù)演變而來(lái)的。
　　在接收機(jī)端，系統(tǒng)先通過(guò)IFFT將信號(hào)轉(zhuǎn)換到頻域，然后用頻域均衡器對(duì)每個(gè)用戶的信號(hào)進(jìn)行均衡（在發(fā)射機(jī)端須插入CP以實(shí)現(xiàn)頻域均衡），最后通過(guò)DFT解擴(kuò)展恢復(fù)用戶數(shù)據(jù)

編輯本段 下一代移動(dòng)通信中的應(yīng)用

　　下一代移動(dòng)通信系統(tǒng)在性能方面主要有以下要求：戶速率在準(zhǔn)靜止(低速移動(dòng)和固定)情況下達(dá)20Mbit/s，在高速移動(dòng)情況下達(dá)2Mbit/s；量要達(dá)到第三代系統(tǒng)的5？10倍，傳輸質(zhì)量相當(dāng)于甚至優(yōu)于第三代系統(tǒng)；條件相同時(shí)小區(qū)覆蓋范圍等于或大于第三代系統(tǒng)；具有不同速率間的自動(dòng)切換能力，以保證通信質(zhì)量；網(wǎng)絡(luò)的每比特成本要比第三代低。在功能方面主要有以下要求：持下一代因特網(wǎng)和所有的信息設(shè)備、家用電器等；現(xiàn)與固定網(wǎng)或?qū)Ｓ镁W(wǎng)的無(wú)縫化連接；能通過(guò)中間件支持和開通多種多樣的IP業(yè)務(wù)；能提供用戶定義的個(gè)性化服務(wù)；按服務(wù)級(jí)別收費(fèi)。
　　由于信道傳輸特性不理想，各類無(wú)線和移動(dòng)通信中普遍存在著符號(hào)間干擾(ISI)。通常采用自適應(yīng)均衡器來(lái)加以克服，但是，在高速數(shù)字通信系統(tǒng)中，為了保證克服ISI，往往要求均衡器的抽頭數(shù)很大，尤其是城市環(huán)境可能使得均衡器的抽頭數(shù)達(dá)上百。這樣，必然大大增加了均衡器的復(fù)雜程度，使設(shè)備造價(jià)和成本大大提高。為了能在下一代移動(dòng)通信中有效解決這一問(wèn)題，OFDM技術(shù)因其頻譜利用率高和抗多徑衰落性能好而被普遍看好，以取代復(fù)雜而昂貴的自適應(yīng)均衡器。近年來(lái)，由于DSP技術(shù)的飛速發(fā)展，OFDM作為一種可以有效對(duì)抗ISI的高速傳輸技術(shù)，引起了廣泛關(guān)注。
　　OFDM技術(shù)的主要思想是：將指配的信道分成許多正交子信道，在每個(gè)子信道上進(jìn)行窄帶調(diào)制和傳輸，信號(hào)帶寬小于信道的相關(guān)帶寬。
　　與下一代移動(dòng)通信系統(tǒng)有關(guān)的OFDM系統(tǒng)關(guān)鍵系統(tǒng)技術(shù)有：

時(shí)域和頻域同步

　　前面已經(jīng)提及，OFDM系統(tǒng)對(duì)定時(shí)和頻率偏移敏感，特別是實(shí)際應(yīng)用中可能與FDMA、TDMA和CDMA等多址方式結(jié)合使用時(shí)，時(shí)域和頻率同步顯得尤為重要。與其它數(shù)字通信系統(tǒng)一樣，同步分為捕獲和跟蹤兩個(gè)階段。
　　在下行鏈路中，基站向各個(gè)移動(dòng)終端廣播式發(fā)同步信號(hào)，所以，下行鏈路同步相對(duì)簡(jiǎn)單，較易實(shí)現(xiàn)。
　　在上行鏈路中，來(lái)自不同移動(dòng)終端的信號(hào)必須同步到達(dá)基站，才能保證子載波間的正交性�；靖鶕�(jù)各移動(dòng)終端發(fā)來(lái)的子載波攜帶信息進(jìn)行時(shí)域和頻域同步信息的提取，再由基站發(fā)回移動(dòng)終端，以便讓移動(dòng)終端進(jìn)行同步。具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，同步將分為時(shí)域同步和頻域同步，也可以時(shí)頻域同時(shí)進(jìn)行同步。

信道估計(jì)

　　在OFDM系統(tǒng)中，信道估計(jì)器的設(shè)計(jì)主要有兩個(gè)問(wèn)題：一是導(dǎo)頻信息的選擇。由于無(wú)線信道常常是衰落信道，需要不斷對(duì)信道進(jìn)行跟蹤，因此導(dǎo)頻信息也必須不斷的傳送。二是既有較低的復(fù)雜度又有良好的導(dǎo)頻跟蹤能力的信道估計(jì)器的設(shè)計(jì)。
　　在實(shí)際設(shè)計(jì)中，導(dǎo)頻信息選擇和最佳估計(jì)器的設(shè)計(jì)通常又是相互關(guān)聯(lián)的，因?yàn)楣烙?jì)器的性能與導(dǎo)頻信息的傳輸方式有關(guān)。

信道編碼和交織

　　為了提高數(shù)字通信系統(tǒng)性能，信道編碼和交織是通常采用的方法。對(duì)于衰落信道中的隨機(jī)錯(cuò)誤，可以采用信道編碼；對(duì)于衰落信道中的突發(fā)錯(cuò)誤，可以采用交織。實(shí)際應(yīng)用中，通常同時(shí)采用信道編碼和交織，進(jìn)一步改善整個(gè)系統(tǒng)的性能。
　　在OFDM系統(tǒng)中，如果信道衰落不是太深，均衡是無(wú)法再利用信道的分集特性來(lái)改善系統(tǒng)性能的，因?yàn)镺FDM系統(tǒng)自身具有利用信道分集特性的能力，一般的信道特性信息已經(jīng)被OFDM這種調(diào)制方式本身所利用了。但是，OFDM系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)卻為在子載波間進(jìn)行編碼提供了機(jī)會(huì)，形成COFDM方式。編碼可以采用各種碼，如分組碼、卷積碼等，卷積碼的效果要比分組碼好。

降低峰均功率比

　　由于OFDM信號(hào)時(shí)域上表現(xiàn)為N個(gè)正交子載波信號(hào)的疊加，當(dāng)這N個(gè)信號(hào)恰好均以峰值占相加時(shí)，OFDM信號(hào)也將產(chǎn)生最大峰值，該峰值功率是平均功率的N倍。盡管峰值功率出現(xiàn)的概率較低，但為了不失真地傳輸這些高峰均功率比(Peak to Average Power Ratio，PAPR)的OFDM信號(hào)，發(fā)送端對(duì)高功率放大器(HPA)的線性度要求很高且發(fā)送效率極低，接收端對(duì)前端放大器以及A/D變換器的線性度要求也很高。因此，高的PAPR使得OFDM系統(tǒng)的性能大大下降甚至直接影響實(shí)際誤應(yīng)用。為了解決這一問(wèn)題，人們提出了基于信號(hào)畸變技術(shù)、信號(hào)擾碼技術(shù)和基于信號(hào)空間擴(kuò)展等降低OFDM系統(tǒng)PAPR的方法。

均衡

　　在一般的衰落環(huán)境下，OFDM系統(tǒng)中均衡不是有效改善系統(tǒng)性能的方法。因?yàn)榫獾膶?shí)質(zhì)是補(bǔ)償多徑信道引起的碼間干擾，而OFDM技術(shù)本身已經(jīng)利用了多徑信道的分集特性，因此在一般情況下，OFDM系統(tǒng)就不必再做均衡了。
　　在高度散射的信道中，信道記憶長(zhǎng)度很長(zhǎng)，CP的長(zhǎng)度必須很長(zhǎng)，才能夠使ISI盡量不出現(xiàn)。但是，CP長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)必然導(dǎo)致能量大量損失，尤其對(duì)子載波個(gè)數(shù)不是很大的系統(tǒng)。這時(shí)，可以考慮加均衡器以使CP的長(zhǎng)度適當(dāng)減小，即通過(guò)增加系統(tǒng)的復(fù)雜性換取系統(tǒng)頻帶利用率的提高。

編輯本段 其他領(lǐng)域的應(yīng)用

高清數(shù)字電視廣播

　　OFDM在數(shù)字廣播電視系統(tǒng)中取得了廣泛的應(yīng)用，其中數(shù)字音頻廣播（DAB）標(biāo)準(zhǔn)是第一個(gè)正式使用OFDM的標(biāo)準(zhǔn)。另外，當(dāng)前國(guó)際上全數(shù)字高清晰度電視傳輸系統(tǒng)中采用的調(diào)制技術(shù)中就包括OFDM技術(shù)，歐洲HDTV傳輸系統(tǒng)已經(jīng)采用COFDM（codedOFDM：編碼OFDM）技術(shù)。它具有很高的頻譜利用率，可以進(jìn)一步提高抗干擾能力，滿足電視系統(tǒng)的傳輸要求。選擇OFDM作為數(shù)字音頻廣播和數(shù)字視頻廣播（DVB）的主要原因在于：OFDM技術(shù)可以有效地解決多徑時(shí)延擴(kuò)展問(wèn)題。
　　因此不難看出，OFDM技術(shù)良好的性能使得它在很多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。歐洲的DAB系統(tǒng)使用的OFDM調(diào)制技術(shù)其試驗(yàn)系統(tǒng)已在運(yùn)行，很快吸引了大量聽眾。它明顯地改善了移動(dòng)中接收無(wú)線廣播的效果，用于DAB的成套芯片的開發(fā)工作正在一項(xiàng)歐洲發(fā)展項(xiàng)目中進(jìn)行，它將使OFDM接收機(jī)的價(jià)格大大降低，其市場(chǎng)前景非常看好。

無(wú)線局域網(wǎng)

　　HiperLAN/2物理層應(yīng)用了OFDM和鏈路自適應(yīng)技術(shù)，媒體接入控制（MAC）層采用面向連接、集中資源控制的TDMA/TDD方式和無(wú)線ATM技術(shù)，最高速率達(dá)54Mbps，實(shí)際應(yīng)用最低也能保持在20Mbps左右。另外，IEEE802.11無(wú)線局域網(wǎng)工作于ISM免許可證頻段，分別在5.8GHz和2.4GHz兩個(gè)頻段定義了采用OFDM技術(shù)的IEEE802.11a和IEEE802.11g標(biāo)準(zhǔn)，其最高數(shù)據(jù)傳輸速率提高到54Mbps。
　　技術(shù)的不斷發(fā)展，引發(fā)了融合。一些4G及3.5G的關(guān)鍵技術(shù)，如OFDM技術(shù)、MIMO技術(shù)、智能天線和軟件無(wú)線電等，開始應(yīng)用到無(wú)線局域網(wǎng)中，以提升WLAN的性能。如802.11a和802.11g采用OFDM調(diào)制技術(shù)，提高了傳輸速率，增加了網(wǎng)絡(luò)吞吐量。802.11n計(jì)劃采用MIMO與OFDM相結(jié)合，使傳輸速率成倍提高。另外，天線技術(shù)及傳輸技術(shù)，使得無(wú)線局域網(wǎng)的傳輸距離大大增加，可以達(dá)到幾公里（并且能夠保障100Mbps的傳輸速率）。
　　而對(duì)于今后要開展的在無(wú)線局域網(wǎng)中的多媒體業(yè)務(wù)來(lái)說(shuō)，最高為54Mbps的數(shù)據(jù)傳輸速率還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。為了進(jìn)一步提升無(wú)線局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸速率，實(shí)現(xiàn)有線與無(wú)線局域網(wǎng)的無(wú)縫結(jié)合，IEEE成立了IEEE802.11n工作小組，以制定一項(xiàng)新的高速無(wú)線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。IEEE802.11n計(jì)劃將WLAN的傳輸速率從802.11a和802.11g的54Mbps增加至108Mbps以上，最高速率可達(dá)600Mbps，成為802.11b/a/g之后的另一場(chǎng)重頭戲。和以往的802.11標(biāo)準(zhǔn)不同，802.11n協(xié)議為雙頻工作模式（包含2.4GHz和5.8GHz兩個(gè)工作頻段）。這樣802.11n保證了與以往的802.11a/b/g標(biāo)準(zhǔn)兼容。

寬帶無(wú)線接入

　　OFDM技術(shù)適用于無(wú)線環(huán)境下的高速傳輸，不僅應(yīng)用于無(wú)線局域網(wǎng)，還在寬帶無(wú)線接入（BWA）中得到應(yīng)用。IEEE802.16工作組專門負(fù)責(zé)BWA方面的技術(shù)工作，它已經(jīng)開發(fā)了一個(gè)2GHz～11GHzBWA的標(biāo)準(zhǔn)—IEEE802.16a，物理層就采用了OFDM技術(shù)。該標(biāo)準(zhǔn)不僅是新一代的無(wú)線接入技術(shù)，而且對(duì)未來(lái)蜂窩移動(dòng)通信的發(fā)展也具有重要意義。
　　在BWA領(lǐng)域，一些公司開發(fā)的技術(shù)雖然都基于OFDM，但有各自的特色，形成一些專利技術(shù)，如Cisco和Iospan公司的VectorOFDM（VOFDM）、Wi-LAN公司的WidebandOFDM（WOFDM）、Flarion公司的flash-OFDM。其中，VOFDM由Cisco公司支持，WOFDM則由Wi-LAN公司提出，構(gòu)成了基于兩個(gè)組織的OFDM兩大陣營(yíng)：寬帶無(wú)線Internet論壇（BWIF）和OFDM論壇，它們力圖使自己的OFDM模式成為標(biāo)準(zhǔn)。其中由Wi-LAN公司倡導(dǎo)的OFDM論壇，有50多個(gè)成員，其中有如Breezecom、start-upBeamReach Networks和Nokia等參加，主要是協(xié)調(diào)提交到IEEE的OFDM提案。而寬帶Internet論壇（BWIF）則是在Cisco倡導(dǎo)下，由IEEE工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)組織IEEE-ISTO成立的，其主要目標(biāo)是提供低成本寬帶無(wú)線接入技術(shù)，號(hào)召采用基于VOFDM的標(biāo)準(zhǔn)作為解決方案。

回答者： lbblbblbb 回答時(shí)間：2012-08-14 09:24

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編輯本段系統(tǒng)設(shè)計(jì)

參數(shù)的設(shè)計(jì)

信道估計(jì)和導(dǎo)頻設(shè)計(jì)

鏈路自適應(yīng)

控制信息的分布

上行同步

多小區(qū)多址和干擾抑制

編輯本段技術(shù)比較

CDMA與OFDM之技術(shù)比較

與其他載波調(diào)制方式的比較

編輯本段優(yōu)勢(shì)與不足

優(yōu)勢(shì)

不足

編輯本段實(shí)現(xiàn)中的問(wèn)題

子載波的排列和分配

PAPR問(wèn)題

多小區(qū)多址和干擾抑制

編輯本段OFDMA

子信道OFDMA

跳頻OFDMA

編輯本段下一代移動(dòng)通信中的應(yīng)用

時(shí)域和頻域同步

信道估計(jì)

信道編碼和交織

降低峰均功率比

均衡

編輯本段其他領(lǐng)域的應(yīng)用

高清數(shù)字電視廣播

無(wú)線局域網(wǎng)

寬帶無(wú)線接入

編輯本段 OFDMA