正交頻分復用（OFDM）技術(shù)的解決途徑
一、OFDM的簡(jiǎn)單介紹
OFDM是正交頻分復用技術(shù)(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)的縮寫(xiě)，OFDM是基于多路載波的新型信號調制傳輸技術(shù)，具體是將信號數據分解成多個(gè)相互獨立的子信號流，各子信號流將以相對低很多的流量傳輸，多個(gè)子信號流以較低流量并行傳輸是OFDM的典型特征，相對于傳統的單載波系統，多載波模式可以大幅度擴展信道容量。上世紀60年代，關(guān)于多載波調制傳輸技術(shù)的理論工作就已經(jīng)展開(kāi)，通信技術(shù)專(zhuān)家論證了盡管多載波傳輸存在信號干擾，但仍可大幅度優(yōu)化信息傳輸系統的性能。七零年代初，OFDM首次被已專(zhuān)利形式確定下來(lái)，1971年Weinstein和Ebert采用離散傅氏變換實(shí)現了多載波調制，該方法發(fā)表在了IEEE雜志上，之后的十多年內，雖然人們深入研究了如何在移動(dòng)通信領(lǐng)域運用多載波調制技術(shù)，但由于當時(shí)數字信號處理技術(shù)及高效信號調制技術(shù)沒(méi)有跟上，多載波傳輸技術(shù)并沒(méi)有被廣泛應用。這一情況直到上世紀九十年代才被改觀(guān)，從此OFDM技術(shù)受到重視并被廣泛應用開(kāi)來(lái)。
OFDM技術(shù)相對于傳統的單載波系統，雖然有效地擴展了信道容量，但多徑傳播各路信號難以事先關(guān)聯(lián)，不可避免出現子信道信號相互干擾，如何消除各種干擾稱(chēng)為噪音降解。
二、噪信降解準備之離散多音頻(DMT)技術(shù)
OFDM最先采用頻率不同的子路載波傳輸單個(gè)高容量信息流，而不是分別用各路徑傳輸相異子信息流，那種情況下，發(fā)射端采用并行發(fā)射，單一信道內可將此種并行發(fā)射傳送技術(shù)與單載波高容量串行傳送進(jìn)行比較，若簡(jiǎn)單借助多組發(fā)射機和接收機來(lái)實(shí)現，成本會(huì )非常高，后來(lái)人們實(shí)現了將9點(diǎn)的QAM調制技術(shù)應用于多載波調制系統上，接收端使用子信道相關(guān)性檢測，子載波間的頻率間距取決于碼元編解速率，使頻譜利用率達到了優(yōu)化。
離散傅氏變換技術(shù)是將輸入信號分組，使各組數據包含n個(gè)復數碼元，每組的一個(gè)復數碼元占用一個(gè)子信道，接收端先對輸入信號取樣，然后對每組數據實(shí)施離散傅里葉變換，復原原信號。這種模式的OFDM稱(chēng)為DMT，即離散多音頻，DMT技術(shù)主要優(yōu)勢是基于FFT算法的優(yōu)越性，理論上講，n碼元FFT僅耗用 nlogn次乘法運算，直接采用DFT所需的運算為n2量級。
近20年來(lái)，OFDM技術(shù)，特別是DMT技術(shù)，已經(jīng)被廣泛運用到各種通信技術(shù)中，如今，DMT已被用作ADSL的標準技術(shù)。
三、多載波信道噪音降解
OFDM技術(shù)配合適當的編碼技術(shù)及交織技術(shù)，可有效抵抗無(wú)線(xiàn)信道的干擾，在無(wú)線(xiàn)通信高速傳輸技術(shù)中，頻率響應曲線(xiàn)一般不是平坦的，OFDM的主要想法是將給定信道在頻域內分解成相互正交的子信道，每個(gè)子信道用一個(gè)子載波調制，各子載波并行傳輸。即使總信道不是平坦的，但能保證每個(gè)子信道的相對平坦性，由于子信道窄帶傳輸，信號帶寬顯著(zhù)小于信道帶寬，大大消除了子信號間的干擾。
將高速率、高容量的數據流分解為多子路徑低速率、低容量數據流，各子信號流數據采用相互獨立調制并迭加在一起構成發(fā)送信號，由于信道速率及容量降低，同時(shí)碼元周期增大，多徑干擾將較少地遺傳到下一碼元，這樣就降低了多徑時(shí)延在信號碼元中所占百分比，削弱了多徑干擾對信號傳輸系統的影響。實(shí)驗顯示，依據 802.11a標準指定的編碼交織工序以及對應的解碼解交織工序，完全恢復了原來(lái)的信息信號。下圖是示波器所顯示的雙探頭觀(guān)測結果，比較兩路波形，信號在靈敏度內不見(jiàn)有差異。
要加快OFDM功率譜帶之外的部分下降速度，需對OFDM符號實(shí)施加窗處理，加窗處理可以使周期邊緣幅度漸變至零，升余弦窗函數表示為式(1)：
(1)Ts指加窗前的符號長(cháng)度，β為滾降因子，(1+β)Ts指加窗后的符號長(cháng)度。
下面的式(2)常用來(lái)刻畫(huà)OFDM之輸出信號的等效
由式(2)所刻畫(huà)的OFDM信號有一個(gè)缺點(diǎn)：功率譜帶外干擾衰減速度太慢，雖然增加子載波數可加快功率譜帶外干擾衰減速度，但若不采用加窗技術(shù)，效果仍不夠理想。
實(shí)際通信過(guò)程中，加窗過(guò)程如下：
(1)在n數字調制好的信號符后面補零，形成n個(gè)輸入樣本值序列。
(2)對樣本值序列實(shí)施IFFT運算，將輸出信號最后的前綴分別植入對應的OFDM符號之前，再將IFFT輸出信號最前面Tpostfix樣值植入到OFDM符號之后。
(3)將OFDM符號與式子(1)定義的升余弦窗函數棕(t)時(shí)域相乘。
(4)將經(jīng)加窗后的OFDM符延時(shí)Ts，與前一個(gè)經(jīng)加窗后的OFDM符號相加，相鄰的兩個(gè)OFDM符號之間會(huì )存在寬帶為βTs的重疊區。
多載波調制(MCM)技術(shù)是將具有某一帶寬的非線(xiàn)性信道分解為N個(gè)近似子信道，每個(gè)子信道是近似線(xiàn)性的，每個(gè)子信道以低速碼(1/N碼元速率)進(jìn)行數據傳輸，低速率傳輸數據碼元周期長(cháng)，只要時(shí)延值與碼元周期的比值小于某一定值，符間串擾就不會(huì )明顯。本質(zhì)上講，MCM對信道的時(shí)延擴散不敏感，用MCM即使不采用均衡器也可獲得較好的性能。
由香農公式可知，子信道頻率響應為近似線(xiàn)性信道時(shí)，信道容量幾乎達到最大值。每個(gè)子信道中，發(fā)射功率譜密度可依據信道特性決定，各信道獨立編碼，再采用適應于該子信道映射模式實(shí)現信號傳輸———信噪比較高時(shí)采用MQAM映射模式，信噪比較低時(shí)采用BPSK或QPSK的映射模式。另外，頻率間距Δf足夠小時(shí)，C(f)幾乎為常數，接收端不必要采用均衡算法補償，此時(shí)符間串擾已經(jīng)可以忽略。
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