什么是OFDM？基本原理和应用
2013-06-09
OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)即正交频分复用技术，实际上OFDM是MCM Multi-CarrierModulation，多载波调制的一种。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，调制到在每个子信道上进行传输。正交信号可以通过在接收端采用相关技术来分开，这样可以减少子信道之间的相互干扰 ICI 。每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此每个子信道上的可以看成平坦性衰落，从而可以消除符号间干扰。而且由于每个子信道的带宽仅仅是原信道带宽的一小部分，信道均衡变得相对容易。
以下一段节选自MSCBSC论坛会员bbgoal的《白话LTE关键技术》，对OFDM的描述非常通俗易懂：
OFDM
这个技术说的很玄乎，其实在WIMAX和WIFI里早就利用了，我以前就说过OFDM并不比CDMA的频谱利用率更高，但是他的优势是大宽带的支持更简单更合理，而且配合mimo更好。
举个例子，CDMA是一个班级，又说中文又说英文，如果大家音量控制的好的话，虽然是一个频率但是可以达到互不干扰，所以1.25m的带宽可以实现
4.9m的速率。而OFDMA则可以想象成上海的高架桥，10米宽的路，上面架
设一个5米宽的高架，实际上道路的通行面积就是15米，这样虽然我水平路面不增加但是可以通行的车辆增加了。而OFDM也是利用这个技术，利用傅里叶快速变换导入正交序列，相当于在有限的带宽里架设了N个高架桥，目前是一个ofdm信号的前半个频率和上一个频点的信号复用，后半个频率和后一个频点的信号复用。
那信号频率重叠了怎么区分，很简单，OFDM，O就是正交的意思，正交就是能保证唯一性，举例子，A和B重叠，但是A*a+B*b，a和b是不同的正交序列,如果我要从同一个频率中只获取A，那么通过计算，（A*a+B*b）
*a=A*a*a+B*b*a=A+0=A（因为正交，a*a=1，a*b=0）。所以OFDMA是
允许频率重叠的，甚至理论上可以重叠到无限，但是为了增加解调的容易性，目前LTE支持OFDM重叠波长的一半。
正交频分复用技术，多载波调制的一种。将一个宽频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，调制到每个子信道上进行传输。
在传统FDM系统中，为了避免各子载波间的干扰，相邻载波之间需要较大的保护频带，频谱效率较低。OFDM系统允许各子载波之间紧密相临，甚至部分重合，通过正交复用方式避免频率间干扰，降低了保护间隔的要求，从而实现很高的频率效率。
什么是正交？
正交频分复用技术，频分复用大家都熟悉，但什么是正交呢？以下来自论坛会员Libin的投稿：
多载波技术：多载波技术就是在原来的频带上划分更多的子载波，有人会提出载波划得太细会产生干扰，为了避免这种干扰，两个子载波采用正交，每两个子载波是正交关系避免干扰。这就像双绞线一样。这样一是避免了2个子载波间的干扰，在下一个子载波间也有了一定的间隔距离。
解释下什么是正交就是两个波形正好差半个周期。
多个窄带子载波，并使其相耳珊交，任一个子载波都可以单独或成组地传输独立的信息流;OFDMA技术则利用有效带宽的细分在多用户间共享子载波。 多载波的有点有以下几个方面
1)可以在不改变系统基本参数或设备设计的情况下使用不同的频谱带宽。频谱利用率高。就是一个能当两个用
2)可变带宽的传输资源可以在频域内自由调度，分配给不同的用户。
3)为软频率复用和小区间的干扰协调提供便利。
OFDM技术的发展
OFDM这种技术是HPA联盟（HomePlug Powerline Alliance）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，OFDM并不是如今发展起来的新技术，OFDM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OFDM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OFDM技术更趋于实用化。80年代，人们研究如何将OFDM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OFDM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）、ETSI标准的数字音频广播（DAB）、数字视频广播（DVB）、高清晰度电视（HDTV）、无线局域网（WLAN）等。
在向B3G/4G演进的过程中，OFDM是关键的技术之一，可以结合分集，时空编码，干扰和信道间干扰抑制以及智能天线技术，最大限度的提高了系统性能。包括以下类型：V-OFDM,W-OFDM,F-OFDM,MIMO-OFDM,多带-OFDM。OFDM中的各个载波是相互正交的，每个载波在一个符号时间内有整数个载波周期，每个载波的频谱零点和相邻载波的零点重叠，这样便减小了载波间的干扰。由于载波间有部分重叠，所以它比传统的FDMA提高了频带利用率。
在OFDM传播过程中，高速信息数据流通过串并变换，分配到速率相对较低的若干子信道中传输，每个子信道中的符号周期相对增加，这样可减少因无线信道多径时延扩展所产生的时间弥散性对系统造成的码间干扰。另外，由于引入保护间隔，在保护间隔大于最大多径时延扩展的情况下，可以最大限度地消除多径带来的符号间干扰。如果用循环前缀作为保护间隔，还可避免多径带来的信道间干扰。
OFDM与CDMA等技术比较
2013-06-09