正交频分复用技术(OFDM)技术前景广阔

正交频分复用技术(OFDM)的应用已有近 40 年的历史,第一个 OFDM 技术的实际应用是军用的无线高频通信链路。但这种多载波传输技术在双向无线数据方面的应用却是近十年来的新趋势。经过多年的发展,该技术在广播式的音频和视频领域已得到广泛的应用。主要的应用包括:非对称的数字用户环路(ADSL)、ETSI 标准的音频广播(DAB)、数字视频广播(DVB)等。OFDM 由于其频谱利用率高、成本低等原因越来越受到人们的关注。随着人们对通信数据化、宽带化、个人化和移动化的需求,OFDM 技术在综合无线接入领域将越来越得到广泛的应用。正交频分复用技术(OFDM)是一种多载波数字调制技术,虽然 OFDM 的概念已经存在了很长时间,但是直到最近随着多媒体业务的发展,它才被人们认识到是一种实现高速双向无线数据通信的良好方法。随着 DSP 芯片技术的发展,傅立叶变换/反变换、高速 Modem 采用的 64/128/256 QAM 技术、栅格编码技术、软判决技术、信道自适应技术、插入保护时段、减少均衡计算量等成熟技术的逐步引入,人们开始集中越来越多的精力开发 OFDM 技术在移动通信领域的应用,预计第三代以后的移动通信的主流技术将是 OFDM 技术。
 

OFDM:在干扰中传送信号的技术
住宅输电线是世界上分布最广泛的网络。但是,由于线路杂波干扰非常大,在交流输电线上进行通信则非常困难。现在一些公司致力于发展一种在杂波干扰下传送信号的技术,而不是试图消除杂波干扰。其中之一就是采用正交频分多路技术(OFDM)。OFDM HPA 联盟(HomePlug Powerline Alliance)工业规范的基础。它是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。
在尽量加大数据位的同时尽量缩短传送的时间,这样可以增加数据的吞吐量。当对每个载波完成调制以后,OFDM 引擎将包含所有待发送数据信号位的载波合并为一个信号,然后进行发送。例如:HomePlug 技术将数据信号位调制到介于 4 MHz 21 MHz 84 个独立的频率上。
HomePlug 技术通过对独立的调制载波和输电线传输介质的特性进行比较,来提高 OFDM 的基本应用性能。然后,确定在此传输介质下哪一个特定的载波存在高的信号衰减或干扰脉冲,而这样的衰减或脉冲会影响载波成功传送数据的能力。HomePlug 技术据此自动地确定一个能保证成功通信的门限,以便与传输介质的特性相适应。如果衰减或杂波干扰非常大,使得某个频率不能进行成功的通信,HomePlug 将不会使用此频率的载波。
HomePlug 技术不间断地监控输电线介质上通信特性的突然变化。由于通信路径传送数据的能力会随时间发生变化,所以 HomePlug 动态地与之相适应,并且接通和切断相应的载波以保证持续地进行成功的通信。
除了变化的输电线传输特性,随时可能出现的、一般仅持续约一毫秒的杂波脉冲也会破坏数据流。由于其随机特点,简单地适应不能够及时地减轻此问题,因此,使用了快速纠错功能。通过综合使用多种纠错法,此技术能够重建所有在传送过程中遭到破坏的信号数据位。
 

OFDM 技术概念
所谓 OFDM 技术 其实是 Orthogonal Frequency Division Multiplexing 的英文缩写,其具体意思为直角频率多路传输分割复用技术。这种技术将无线通信传输信号分割成了多个副载波进行传输,而每个副载波由于仅仅携带了很小一部分的数据负载,这样的话 OFDM 技术就能利用更长的符号周期,从而使通信传输信号更不容易受到多径传输的干扰或者其他外界的特殊干扰。当然,OFDM 技术除了通过分割载波的方法来增强通信的抗干扰外,它还通过提高载波频谱利用率的方法来提高通信的稳定性。这种技术通过对多载波的调制改进,让各子载波相互正交,于是扩频调制后的频谱可以相互重叠,从而减小了子载波间的相互干扰。在对每个载波完成调制以后,为了增加数据的吞吐量,提高数据传输的速度,它又采用了一种叫作 HomePlug 的处理技术,来对所有将要被发送数据信号位的载波进行合并处理,把众多的单个信号合并成一个独立的传输信号进行发送。OFDM 技术比较突出的地方就是即使在窄带带宽下也能够发出大量的数据。正在筹备之中的数码地面波电视播放以及正在开发中的高速无线 LANIEEE802.11a都预定采用这项新技术。另外 OFDM 技术能同时分开至少 1000 个数字信号,而且在干扰的信号周围可以安全的运行的能力将直接威胁到目前市场上已经开始流行的 CDMA 技术的进一步发展壮大的态势,正是由于具有了这种特殊的信号穿透能力使得 OFDM 技术深受欧洲通信营运商以及手机生产商的喜爱和欢迎,例如加利福尼亚 Cisco 系统公司、纽约 Flarion 工学院以及朗讯工学院等开始使用,在加拿大 Wi-LAN 工学院也开始使用这项技术。OFDM 技术能够持续不断地监控传输介质上通信特性的突然变化。由于通信路径传送数据的能力会随时间发生变化,所以 OFDM 能动态地与之相适应,并且接通和切断相应的载波以保证持续地进行成功的通信;而且该技术可以自动地检测到传输介质下哪一个特定的载波存在高的信号衰减或干扰脉冲,然后采取合适的调制措施来使指定频率下的载波进行成功通信;在高层建筑物、居民密集和地理上突出的地方以及将信号撒播的地区,高速的数据传播及播音都希望删除多路影响,因此 OFDM 技术也特别适合使用在这些地方。现在 OFDM 技术作为一种能够使运营商节省频宽资源并提供高质量数据通信服务的技术,将与目前被炒得异常火爆的 CDMA 技术,一起竞争第三代移动通信标准的主角。由于OFDM 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外界干扰或者抵抗外界干扰能力较差的传输介质中,因此这种技术在未来将是非常有前途的,实际上,如果该技术能在大范围地被应用,它将比我们实际所想象的渗透力更强,它的优越性在于它能克服干涉造成的障碍。
 

3、通信特点
OFDM 的重要性不仅仅在于它是 IEEE802.11a 等其它高性能无线技术的基础,更重要的是 OFDM 技术与传统的相关技术相比存在下面的优势特点:
  • OFDM 调制频带利用率高、抗脉冲噪声特性好,不过该系统网络上要有数字信号处理器来提供高速数据服务,系统实现起来相对复杂一点;
  • OFDM 技术能够应对随时可能出现的干扰信号,它可对使用多种频率方面存在的一些问题进行快速修正,并可以对那些在通信传输过程中遭到破坏的信号数据位进行自动重建;
  • OFDM 技术通过在复数的高速的射频上对传送的信号进行编码,让被传输的信号在传输过程中不容易被窃取,从而保证信号传送具有更高的安全性;
  • OFDM 技术对传输线路上的多路径外界信号干涉有较强的抵抗力,它不仅可以克服信号传输的障碍,而且还能提高通信传输的速度,因此在一些恶劣环境中通讯它将非常有吸引力;
  • OFDM 技术每赫兹的带宽更高,这样无线系统的容量也就更大,而且它抗信号衰落性能更好,目前 OFDM 技术已经被采用在无线局域网环境中,在未来该技术能使无线通信速度达到 10 Mbit/s 左右;
  • OFDM 技术通过提供队列服务,来解决了在移动传输高速数据时所引起的无线信道性能变差的问题,从而克服传输介质中外界信号的干扰,提高传输信道的通信质量;
  • 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,它通过在楼层、使用者、交通工具和现场之间的信号跳换,解决其中的信息冲突问题。