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详解关于正交频分复用技术及其应用(上)
 
慧聪网   2005年11月7日10时40分   信息来源:中国CATV    

    湖南邵阳电视台 邓永红

  频分复用(FDM,Frequency Division Multiplexing)就是将用于传输信道的总带宽划分成若干个子频带(或称子信道),每一个子信道传输1路信号。频分复用要求总频率宽度大于各个子信道频率之和,同时为了保证各子信道中所传输的信号互不干扰,应在各子信道之间设立隔离带,这样就保证了各路信号互不干扰。频分复用技术的特点是所有子信道传输的信号以并行的方式工作,每一路信号传输时可不考虑传输时延。频分复用技术除传统意义上的频分复用(FDM)外,还有一种是正交频分复用(OFDM),本文主要介绍正交频分复用(OFDM ,Orthogonal Frequency Division Multiplexing)。

  传统的频分复用(FDM)的优点是简单、直接。但是频谱的利用率低,子信道之间要留有保护频带,而且在频分路数N较大时多个滤波器的实现使系统复杂化。

  正交频分复用(OFDM)技术的基本思想就是在频域内将所给信道分成许多正交子信道,在每一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,尽管总的信道并非平坦的,也就是说,具有频率选择性,但是每个子信道是相对平坦的,并且在每个信道上进行的是窄带传输,信号带宽小于信道的相关带宽,因此可以大大消除符号间干扰。

  OFDM实际是一种多载波数字调制技术。OFDM全部载波频率有相等的频率间隔,它们是一个基本振荡频率的整数倍,正交指各个载波的信号频谱是正交的。

  OFDM系统比传统FDM系统要求的带宽要小得多。由于OFDM使用无干扰正交载波技术,单个载波间无需保护频带,这样使得可用频谱的使用效率更高。另外,OFDM技术可动态分配在子信道中的数据,为获得最大的数据吞吐量,多载波调制器可以智能地分配更多的数据到噪声小的子信道上。

  目前OFDM技术已被广泛应用于广播式的音频和视频领域以及通信系统中。

1 OFDM技术的优点

  (1)OFDM技术实现了多载波调制(MCM),克服了多径接收,提高了系统的传输码率。
 
  (2)OFDM技术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,大大消除信号波形间的干扰,也提高了频谱效率。

  (3)OFDM技术可适应不同设计需求,灵活分配数据容量和功率,便于提供灵活的高速和变速综合数据传输。

  (4)OFDM技术能提供较大的系统容量,且具有较强的抗多径干扰、抗频率选择性衰落和频率扩散能力,适应多径和移动信道传播条件。

  (5)OFDM技术可以实现较高的安全传输性能,它允许数据在高速的射频上编码。

  (6)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。能动态地接通或切断相应的载波,以保证持续地进行成功的通信。

2 OFDM技术的缺点

  尽管OFDM有很大的优点,在技术上也还存在两个缺点:

  (1) OFDM的基础是子载波必须满足正交,如果正交性恶化,则整个系统的性能会严重下降,产生OFDM特有的子载波间串扰。在实际工作中由于无线衰落信道的时变性,往往会造成频率弥散,引起多普勒频移效应,从而影响载波频率正交性。如何实现子载波的精确同步是OFDM技术中的一个难点。

  (2) OFDM信号呈现很大的峰值平均功率比(PAPR),比单载波系统需要更宽的线性范围。由于采用 DFT实现调制和解调,故对载波频率偏移、相位噪声和非线性放大更为敏感。若要避免信号失真和频谱扩展,则需要动态范围很大的线性放大器。如何降低信号的峰值平均功率比是OFDM技术中的另一个难点。

 
 
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