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1、信息工程学院大作业文献综述题 目 OFDM综述专业班级：学 号：学生姓名：指导教师：2015年12月15日OFDM 述田帅摘要：OFD的英文全称为 Orthogonal Frequency-Division Multiplexing，中文含义为正交频分复用。这种技术是HPA盟（HomePlugPowerline Allianee ）工业规范的基础， 它采用一种不连续的多音调技术， 将被称为载波的不同频率中 的大量信号合并成单一的信号， 从而完成信号传送。 由于这种技术具有在杂波干 扰下传送信号的能力， 因此常常会被利用在容易受外界干扰或者抵抗外界干扰能 力较差的传输介质中。其实，OFD并不是如
2、今发展起来的新技术，OFD技术的应 用已有近40年的历史，主要用于军用的无线高频通信系统。 但是，一个OFD系统 的结构非常复杂， 从而限制了其进一步推广。 直到上世纪 70年代，人们采用离散 傅立叶变换来实现多个载波的调制，简化了系统结构，使得OFD技术更趋于实用 化。80年代，人们研究如何将OFD技术应用于高速MODEM进入90年代以来，OFDM 技术的研究深入到无线调频信道上的宽带数据传输。目前OFD技术已经被广泛应 用于广播式的音频、 视频领域和民用通信系统， 主要的应用包括： 非对称的数字 用户环路（ADSL、ETS标准的数字音频广播（DAB、数字视频广播（DVB、高 清晰度电视（H
3、DTV、无线局域网（WLAN等。关键词： 正交频分复用 带宽 多输入多输出 无线信道 无线网前言：研究方向：现代社会对通信的依赖和要求越来越高， 设计和开发效率更高的 通信系统成了通信工程界不断追求的目标 通信系统的效率，就是指频谱利用率 和功率利用率 OFDM（ Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用 ） 是一种特殊的多载波调制技术，其主要思想是：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， 调制到在每个子通道上进行 传输正交信号可以通过在接收端采用相关技术来分开， 这样可以减少子通道之间的相互干扰 ICI
4、（Inter-Carrier Inteference）每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽， 因此，每个子通道上可以看成平坦性衰落， 从而可以消除符号 间干扰 而且由于每个子通道的带宽仅仅是原通道带宽的一小部分，通道均衡变 得相对容易OFDM通过多个正交的子载波将串行数据并行传输，可以增大码元的 宽度，减少单个码元占用的频带， 抵抗多径引起的频率选择性衰落， 可以有效克 服码间串扰， 降低系统对均衡技术的要求， 是支持未来移动通信， 特别是移动多 媒体通信的主要技术之一。上个世纪70年代，韦斯坦（Weistein ）和艾伯特（Ebert） 等人应用离散傅里叶变换（DFT和快速傅里叶方法（F
5、FT研制了一个完整的多 载波传输系统，叫做正交频分复用（ OFDM 系统。OFD是正交频分复用的英文缩写。正交频分复用是一种特殊的多载波传输方 案。OFD应用离散傅里叶变换（DFT和其逆变换（IDFT）方法解决了产生多个 互相正交的子载波和从子载波中恢复原信号的问题。 这就解决了多载波传输系统 发送和传送的难题。应用快速傅里叶变换更使多载波传输系统的复杂度大大降 低。从此OFD技术开始走向实用。但是应用OFD系统仍然需要大量繁杂的数字信 号处理过程，而当时还缺乏数字处理功能强大的元器件， 因此OFD技术迟迟没有 得到迅速发展。历史渊源：近些年来， 集成数字电路和数字信号处理器件的迅猛发展， 以
6、及 对无线通信高速率要求的日趋迫切， OFD技术再次受到了重视。OFD仿真器在上个世纪60年代已经提出了使用平行数据传输和频分复用 （FDM）的概念。1970年，美国申请和发明了一个专利，其思想是采用平行的数据 和子信道相互重叠的频分复用来消除对高速均衡的依赖， 用于抵制冲激噪声和多 径失真，而能充分利用带宽。 这项技术最初主要用于军事通信系统。 但在以后相 当长的一段时间，OFD理论迈向实践的脚步放缓了。由于OFD各个子载波之间相 互正交，采用FFT实现这种调制，但在实际应用中，实时傅立叶变换设备的复杂 度、发射机和接收机振荡器的稳定性以及射频功率放大器的线性要求等因素都成 为OFD技术实现
7、的制约条件。在二十世纪80年代，MC获得了突破性进展，大规 模集成电路让FFT技术的实现不再是难以逾越的障碍，一些其它难以实现的困难 也都得到了解决，自此，OFD走上了通信的舞台，逐步迈向高速数字移动通信的领域。80年代后，OFD的调整技术再一次成为研究热点。 例如，在有线信道的研究 中，Hirosaki于1981年用DF完成的OFD调整技术，试验成功了 16QA多路并行传 送19.2kbit/s 的电话线MODEM进入90年代，OFD的应用又涉及到了利用移动调频和单边带(SSB信道进 行高速数据通信，陆地移动通信，高速数字用户环路(HDSL，非对称数字用户 环路(ADSL及高清晰度数字电视(
8、HDTV和陆地广播等各种通信系统。OFDI由于技术的可实现性，在二十世纪90年代，OFD广泛用于各种数字传输 和通信中，如移动无线FM言道，高比特率数字用户线系统(HDSL)，不对称数字用 户线系统(ADSL)，甚高比特率数字用户线系统HDS，数字音频广播(DAB)系统， 数字视频广播(DVB)和HDT地面传播系统。1999年，IEEE802.lla通过了一个SGHz 的无线局域网标准，其中OFD调制技术被采用为物理层标准，使得传输速率可以 达54MbPs这样，可提供25MbP的无线ATM接口和10MbP的以太网无线帧结构接 口，并支持语音、数据、图像业务。这样的速率完全能满足室内、室外的各种
9、应 用场合。欧洲电信组织(ETsl)的宽带射频接入网的局域网标准 HiperiLAN2也把 OFDI定为它的调制标准技术。目前现状：由于技术的可实现性，在二十世纪 90年代，OFD广泛用于各种数 字传输和通信中，如移动无线FM言道，高比特率数字用户线系统(HDSL)，不对称 数字用户线系统(ADSL)，甚高比特率数字用户线系统(HDSI)，数字音频广播(DAB) 系统，数字视频广播(DVB)和HDT地面传播系统。1999年, IEEE802.lla通过了一 个5GHZ勺无线局域网标准，其中OFD调制技术被采用为物理层标准，使得传输速 率可以达54MbPs这样，可提供25MbP的无线ATM接口和
10、10MbP的以太网无线帧 结构接口，并支持语音、数据、图像业务。这样的速率完全能满足室内、室外的 各种应用场合。 欧洲电信组织 (ETsl) 的宽带射频接入网的局域网标准 HiperiLAN2 也把OFD定为它的调制标准技术。2001年，IEEE802.16通过了无线城域网标准，该标准根据使用频段的不同， 具体可分为视距和非视距两种。 其中，使用2 11GH许可和免许可频段，由于在 该频段波长较长， 适合非视距传播， 此时系统会存在较强的多径效应， 而在免许 可频段还存在干扰问题， 所以系统采用了抵抗多径效应、 频率选择性衰落或窄带 干扰上有明显优势的OFD调制，多址方式为OFDM。而后，IE
11、EE802.16的标准每 年都在发展，2006年2月，IEEE802.16e(移动宽带无线城域网接入空中接口标准) 形成了最终的出版物。当然，采用的调制方式仍然是 OFDM。OFDM20C年11月，根据众多移动通信运营商、制造商和研究机构的要求，3GPP 通过被称为LongTermEvolution(LTE)即“3G长期演进”的立项工作。项目以制定 3G寅进型系统技术规范作为目标。3GP经过激烈的讨论和艰苦的融合，终于在 2005年12月选定了 LTE的基本传输技术，即下行OFDM上行SC(单载波)FDMAOFDM 由于技术的成熟性，被选用为下行标准很快就达成了共识。 而上行技术的选择上， 由
12、于OFDI的高峰均比(PAPR)使得一些设备商认为会增加终端的功放成本和功率 消耗，限制终端的使用时间， 一些则认为可以通过滤波， 削峰等方法限制峰均比。 不过，经过讨论后，最后上行还是采用了 S(一FDM方式。拥有我国自主知识产权 的3G标准 TD-SCDM在LTB演进计划中也提出了 TD-CD一OFDI的方案B3G/4G 是ITU提出的目标，并希望在2010年予以实现。B3G/4G勺目标是在高速移动环境 下支持高达100Mb/S的下行数据传输速率，在室内和静止环境下支持高达IGb/S的下行数据传输速率。而OFD技术也将扮演重要的角色。存在问题与展望：(1) 对相位噪声和载波频偏十分敏感这是
13、OFD技术一个非常致命的缺点，整个 OFD系统对各个子载波之间的正交 性要求格外严格，任何一点小的载波频偏都会破坏子载波之间的正交性，引起 ICI ，同样，相位噪声也会导致码元星座点的旋转、扩散，从而形成 ICI 。而单载 波系统就没有这个问题， 相位噪声和载波频偏仅仅是降低了接收到的信噪比 SNR， 而不会引起互相之间的干扰。(2) 峰均比过大OFDI信号由多个子载波信号组成，这些子载波信号由不同的调制符号独立调 制。同传统的恒包络的调制方法相比，OFD调制存在一个很高的峰值因子。因为 OFD信号是很多个小信号的总和，这些小信号的相位是由要传输的数据序列决定的。对某些数据， 这些小信号可能同
14、相， 而在幅度上叠加在一起从而产生很大的 瞬时峰值幅度。而峰均比过大，将会增加A/D和D/A的复杂性，而且会降低射频功 率放大器的效率。 同时，在发射端，放大器的最大输出功率就限制了信号的峰值， 这会在OFD频段内和相邻频段之间产生干扰。(3) 所需线性范围宽由于OFD系统峰值平均功率比(PAPR大，对非线性放大更为敏感，故 OFD调 制系统比单载波系统对放大器的线性范围要求更高。下一代移动通信系统在性能方面主要有以下要求： 户速率在准静止 (低速移动 和固定)情况下达 20Mbit/s ，在高速移动情况下达 2Mbit/s ；量要达到第三代系统 的 5？10倍，传输质量相当于甚至优于第三代系
15、统；条件相同时小区覆盖范围等 于或大于第三代系统； 具有不同速率间的自动切换能力， 以保证通信质量； 网络 的每比特成本要比第三代低。 在功能方面主要有以下要求：持下一代因特网和 所有的信息设备、 家用电器等； 现与固定网或专用网的无缝化连接； 能通过中间 件支持和开通多种多样的IP业务；能提供用户定义的个性化服务；按服务级别收 费。由于信道传输特性不理想，各类无线和移动通信中普遍存在着符号间干扰 (ISI) 。通常采用自适应均衡器来加以克服，但是，在高速数字通信系统中，为 了保证克服 ISI ，往往要求均衡器的抽头数很大，尤其是城市环境可能使得均衡 器的抽头数达上百。 这样，必然大大增加了均
16、衡器的复杂程度， 使设备造价和成 本大大提高。为了能在下一代移动通信中有效解决这一问题，OFD技术因其频谱 利用率高和抗多径衰落性能好而被普遍看好，以取代复杂而昂贵的自适应均衡 器。近年来，由于DS技术的飞速发展，OFD作为一种可以有效对抗ISI的高速传 输技术，引起了广泛关注。正文：1.1正交频分复用( OFDM， Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing ) 技术是多载波传输的一种， 其多载波之间相互正交， 高效地利用频谱资源， OFDM 将总带宽分割为若干个窄带子载波， 可以有效地抵抗频率选择性衰落。 多输入多输出（MIMO Multiplelnput MultipleOutput ）系统充分开发空间资源，利用多 个天线实现多发多收，在不需要增加频谱资源和天线发送功率的情况下，可以成倍提高信道容量。OFD调制的MIM係统，充
