淺談無線局域網OFDM技術

范昊博

摘要：OFDM即正交頻分復用技術，是一種多載波傳輸技術，具有能夠大大降低系統誤碼率、抗干擾能力強和頻譜利用率高等特點，目前在眾多領域得到廣泛應用，成為新一代無線通信技術的核心。本文著重對OFDM技術的基本原理、特點及應用前景進行分析介紹。

關鍵詞：正交頻分復用;無線通信;原理;特點;應用前景

隨著計算機、互聯網及各種移動設備的發展和普及，人們的生活方式發生了翻天覆地的變化，每時每刻都有大量的信息需求，為了滿足這一需求，各個國家投入大量資金和科研力量來發展無線移動通信技術，由此產生了無線局域網（WLAN）。無線局域網在無線通信的基礎上加入了網絡技術，利用信息在無線信道中的傳輸來實現各個網絡設備之間相互通信的目的。該方式靈活、便捷且可完成移動化、個性化及寬帶化的通信，在網絡應用中的作用也是日益突出，但其傳輸速度一直受多徑衰弱的限制。OFDM技術的使用能使無線局域網受到的多徑衰落限制大大減小，在提高信息傳輸速度的同時還能夠降低誤碼率，提高抗干擾能力和頻譜利用率，目前，該技術已成為各大無線通信聯盟新一代無線通信技術的核心。

1.OFDM技術的原理

正交頻分復用OFDM技術是Orthogonal Frequency Division Multiplexing的英文縮寫，它是傳統頻分復用（FDM）技術的改進，其基本思路是改善碼間串擾對傳輸信號的干擾，采用的方式是用不同載波調制不同并行信道上傳送的信息，其中每一個傳送的符號前都要設置合適的保護間隔。OFDM體系中使用的基礎算法是IFFT/FFT，其傳輸步驟如下：

在進行信息傳輸時，首先將輸入的傳輸信號進行編碼、交織、映射、插入導頻等處理，使傳輸的信號轉換為適合傳輸的串行數據流輸入到發射端。接著將轉換后的串行數據分成N個并行的數據流再進行IFFT變換，使傳輸的信號由頻域轉變為時域。然后將保護間隔插入到每個時域OFDM符號前，再將并行的數據流變成串行數據流，依次經過D/A轉換和載波調制變為與信道相符合的傳輸信號后，將調制好的信號由發送天線發射出去。接收端接收到信號后對其進行相關解調以及其他處理，讓信號的時間和載波得到同步。之后的步驟與發送端相反：依次對信號進行A/D轉換、將串行數據流轉換為并行數據流、去除符號前所加的保護間隔后再對所得信號進行FFT變換。最后再變換后的信號進行數據解調、并/串轉換，恢復出原始的串行數據，再進行逆映射、解交織、解碼等一系列操作恢復出原始信號，從而完成信息傳輸。

2.OFDM技術的特性

OFDM技術具有以下的優點：

（1）能夠實現數據的高速傳送。OFDM技術可以使子載波進行自適應調制，根據信道和噪聲情況的不同采用合適的調制方式，另外該技術采用加載算法，將更多的數據集中放在通信條件好的信道上高速率傳輸，因此可實現高速傳送數據。

（2）應用范圍廣泛。目前OFDM技術在非對稱數字用戶環路（ADSL）高清晰度電視（HDTV）信號傳輸、數字視頻廣播（DVB）無線局域網（WLAN）等領域都得到應用。

（3）能夠提高頻帶利用率。相比于傳統的傳輸技術，OFDM技術可以將子載波進行重疊作為子信道，這樣使得帶寬得到有效利用，從而整體提高了頻帶的利用率。

（4）能夠簡化系統結構。由于OFDM技術采用FFT算法，相比其他算法FFT算法更加簡單，這樣在進行計算時，整體計算過程和時間得到較大簡化，另外均衡技術在OFDM系統可以省去，因此可以在一定程度上簡化系統的結構。

（5）能夠有效抵抗快衰落和碼間干擾（ISI）。碼間干擾通常是由于多徑衰落以及抽樣失真引起的，是數字通信中除噪聲外的最主要的干擾。OFDM技術利用了信道的頻率分集，使系統對脈沖噪聲和信道快衰落的抵抗能力得到大大加強，另外其采用了循環前綴，有較強的抗碼間干擾能力。

雖然OFDM技術具有以上優點，但OFDM技術也存在以下的缺點：

（1）任何一點頻率偏移和相位噪聲都會對OFDM系統產生一定的影響。由于OFDM技術是利用各個子載波之間正交性來對子信道進行區分的，而頻率偏移和相位噪聲會使子載波間的正交性發生惡化，導致子信道區分困難，因此采用OFDM技術會使系統對頻率偏移和相位噪聲比較敏感。

（2）信號的峰均值比會因為OFDM技術的使用變大，使射頻功率放大器的效率在很大程度上降低。OFDM技術將多個獨立的經過調制的正交子載波進行相加而得到OFDM信號，會存在較大的峰值功率，進而會使峰均值比增大。高峰均值比會使射頻功率放大器功率效率降低。

（3）當終端高速移動時，OFDM系統中的自適應調頻技術不再適用，而且該技術會使發射機、接收機的復雜度在一定程度上增加。

3.OFDM技術的應用前景

OFDM技術從提出到現在已經得到很大的完善和發展，它在將原本信道劃分為多個相互正交的子信道的同時，又使得每個子信道的頻率特性接近平坦，然后在接收機中將傳輸的信號進行合并，完成信號的頻率分集，這樣使得傳輸信號具有抵抗多徑衰落、碼間干擾等優勢，從而使得OFDM技術在無線局域網通信中占有核心地位。OFDM不僅是IEEE的5GHz無線局域網標準同時也是802.11a 2GHz至11GHz的標準的物理層標準。從第一個正式應用OFDM標準的數字音頻廣播到現在的無線局域網等眾多領域，OFDM技術都得到廣泛應用。在許多移動通信方案中OFDM技術都被作為空中接口技術，如中國的未來計劃等。雖然OFDM技術提出時間較長，但其仍是目前提高移動通信傳輸速率的首選技術，在物聯網、5G通信中將起著非常關鍵作用。

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