范昊博

摘要：OFDM即正交频分复用技术，是一种多载波传输技术，具有能够大大降低系统误码率、抗干扰能力强和频谱利用率高等特点，目前在众多领域得到广泛应用，成为新一代无线通信技术的核心。本文着重对OFDM技术的基本原理、特点及应用前景进行分析介绍。

关键词：正交频分复用;无线通信;原理;特点;应用前景

随着计算机、互联网及各种移动设备的发展和普及，人们的生活方式发生了翻天覆地的变化，每时每刻都有大量的信息需求，为了满足这一需求，各个国家投入大量资金和科研力量来发展无线移动通信技术，由此产生了无线局域网（WLAN）。无线局域网在无线通信的基础上加入了网络技术，利用信息在无线信道中的传输来实现各个网络设备之间相互通信的目的。该方式灵活、便捷且可完成移动化、个性化及宽带化的通信，在网络应用中的作用也是日益突出，但其传输速度一直受多径衰弱的限制。OFDM技术的使用能使无线局域网受到的多径衰落限制大大减小，在提高信息传输速度的同时还能够降低误码率，提高抗干扰能力和频谱利用率，目前，该技术已成为各大无线通信联盟新一代无线通信技术的核心。

1.OFDM技术的原理

正交频分复用OFDM技术是Orthogonal Frequency Division Multiplexing的英文缩写，它是传统频分复用（FDM）技术的改进，其基本思路是改善码间串扰对传输信号的干扰，采用的方式是用不同载波调制不同并行信道上传送的信息，其中每一个传送的符号前都要设置合适的保护间隔。OFDM体系中使用的基础算法是IFFT/FFT，其传输步骤如下：

在进行信息传输时，首先将输入的传输信号进行编码、交织、映射、插入导频等处理，使传输的信号转换为适合传输的串行数据流输入到发射端。接着将转换后的串行数据分成N个并行的数据流再进行IFFT变换，使传输的信号由频域转变为时域。然后将保护间隔插入到每个时域OFDM符号前，再将并行的数据流变成串行数据流，依次經过D/A转换和载波调制变为与信道相符合的传输信号后，将调制好的信号由发送天线发射出去。接收端接收到信号后对其进行相关解调以及其他处理，让信号的时间和载波得到同步。之后的步骤与发送端相反：依次对信号进行A/D转换、将串行数据流转换为并行数据流、去除符号前所加的保护间隔后再对所得信号进行FFT变换。最后再变换后的信号进行数据解调、并/串转换，恢复出原始的串行数据，再进行逆映射、解交织、解码等一系列操作恢复出原始信号，从而完成信息传输。

2.OFDM技术的特性

OFDM技术具有以下的优点：

（1）能够实现数据的高速传送。OFDM技术可以使子载波进行自适应调制，根据信道和噪声情况的不同采用合适的调制方式，另外该技术采用加载算法，将更多的数据集中放在通信条件好的信道上高速率传输，因此可实现高速传送数据。

（2）应用范围广泛。目前OFDM技术在非对称数字用户环路（ADSL）高清晰度电视（HDTV）信号传输、数字视频广播（DVB）无线局域网（WLAN）等领域都得到应用。

（3）能够提高频带利用率。相比于传统的传输技术，OFDM技术可以将子载波进行重叠作为子信道，这样使得带宽得到有效利用，从而整体提高了频带的利用率。

（4）能够简化系统结构。由于OFDM技术采用FFT算法，相比其他算法FFT算法更加简单，这样在进行计算时，整体计算过程和时间得到较大简化，另外均衡技术在OFDM系统可以省去，因此可以在一定程度上简化系统的结构。

（5）能够有效抵抗快衰落和码间干扰（ISI）。码间干扰通常是由于多径衰落以及抽样失真引起的，是数字通信中除噪声外的最主要的干扰。OFDM技术利用了信道的频率分集，使系统对脉冲噪声和信道快衰落的抵抗能力得到大大加强，另外其采用了循环前缀，有较强的抗码间干扰能力。

虽然OFDM技术具有以上优点，但OFDM技术也存在以下的缺点：

（1）任何一点频率偏移和相位噪声都会对OFDM系统产生一定的影响。由于OFDM技术是利用各个子载波之间正交性来对子信道进行区分的，而频率偏移和相位噪声会使子载波间的正交性发生恶化，导致子信道区分困难，因此采用OFDM技术会使系统对频率偏移和相位噪声比较敏感。

（2）信号的峰均值比会因为OFDM技术的使用变大，使射频功率放大器的效率在很大程度上降低。OFDM技术将多个独立的经过调制的正交子载波进行相加而得到OFDM信号，会存在较大的峰值功率，进而会使峰均值比增大。高峰均值比会使射频功率放大器功率效率降低。

（3）当终端高速移动时，OFDM系统中的自适应调频技术不再适用，而且该技术会使发射机、接收机的复杂度在一定程度上增加。

3.OFDM技术的应用前景

OFDM技术从提出到现在已经得到很大的完善和发展，它在将原本信道划分为多个相互正交的子信道的同时，又使得每个子信道的频率特性接近平坦，然后在接收机中将传输的信号进行合并，完成信号的频率分集，这样使得传输信号具有抵抗多径衰落、码间干扰等优势，从而使得OFDM技术在无线局域网通信中占有核心地位。OFDM不仅是IEEE的5GHz无线局域网标准同时也是802.11a 2GHz至11GHz的标准的物理层标准。从第一个正式应用OFDM标准的数字音频广播到现在的无线局域网等众多领域，OFDM技术都得到广泛应用。在许多移动通信方案中OFDM技术都被作为空中接口技术，如中国的未来计划等。虽然OFDM技术提出时间较长，但其仍是目前提高移动通信传输速率的首选技术，在物联网、5G通信中将起着非常关键作用。

参考文献：

[1][学位论文]李功，2010 - 电子科技大学：电路与系统

[2][学位论文]邓磊，2012 - 华中科技大学：电子科学与技术

[3][期刊论文]姚兴波，杨永侠，YAO Xing-bo，YANG Yong-xia - 《信息安全与通信保密》 2011年3期

[4][学位论文]行江涛，2008 - 西安电子科技大学：通信与信息系统