OFDM技术的特点及优势解析

（OFDM）技术实际上是一种多载波调制MCM（Multi-Carrier Modulation）技术。主要功能是将频率选择性衰落信道转换为若干个平坦衰落子信道，即在频域内将给定信道分成许多正交子信道，在每个子信道上使用单个子载波进行调制，并且各子载波并行传输。这样，尽管总的信道是频率选择性衰落，但是每个子信道是相对平坦的，在每个子信道上进行的是窄带传输，信号带宽小于信道的相应带宽，因此就可以大大消除信号波形间的干扰。由于在OFDM系统中各个子信道的载波相互正交，它们的频谱是相互重叠的，这样不但减小了子载波间的相互干扰，同时又提高了频谱利用率。

OFDM主要是克服无线信道的频率选择性衰落，而发生频率选择性衰落的主要原因是多径效应。发生多径效应的原因是传输信号是通过多条路径到达接收机，包括建筑物、树木等的反射，如图8-12所示。

图8-12 多径干扰

如果我们用信号的时延来模拟多径，最上面的信号是接收机收到的直射信号，下面的信号是由于时延引起的多径信号，假设时延为1bit，若这两个信号被接收机接收，并按照逻辑“或”的运算合并信号，得到第三个信号，如图8-13所示，可见合成信号和原始信号大相径庭。

图8-13 高速数据多径合成

若采用OFDM技术，将高速信息流经过串并转换后变为多个低速率数据流，每个码流用一个子载波发送，如图8-14所示，第一个信号为直射信号，第二个信号为经过同样时延后的多径信号，两个信号合成后，可以看出和原始信号非常相似，利用一些信号处理技术，原始信号可以准确地恢复出来。因此，通过降低信号速率，通过频分复用，就可以克服多径效应。在技术实现层面上，通过正反快速傅里叶变换（FFT/IFFT）实现调制解调。

OFDM技术具有很多独特的优点：

1）频谱利用率高，频谱效率比串行系统高近一倍。这一点在频谱资源有限的无线环境中很重要。OFDM信号的相邻子载波相互重叠，从理论上讲其频谱利用率可以接近奈奎斯特（Nyquist）极限。

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图8-14 低速数据多径合成

2）抗多径干扰与频率选择性衰落能力强。由于OFDM系统把数据分散到许多个子载波上，大大降低了各子载波的符号速率，从而减弱多径传播的影响；通过增加循环前缀作为保护间隔，甚至可以完全消除符号间干扰。

3）采用动态子载波分配技术实现资源动态调配。根据信息论中的“注水定理”，通过自适应调制各子信道的功率和调制制式，实现发送比特在子信道的动态资源分配，即优质信道传送较多比特，较差信道传送少量比特，劣质信道不传送的原则。

4）通过各子载波的联合编码，可具有很强的抗衰落能力。OFDM技术本身已经利用了信道的频率分集，如果衰落不是特别严重，就没有必要再加时域均衡器。但通过将各个信道联合编码，可以使系统性能得到提高。

5）利用DSP芯片，采用基于离散傅里叶变换（DFT）的IFFT和FFT技术，实现OFDM的调制和解调，易于实现。

从频域上看，多径效应对应频率选择性衰落，即不同的频率成分经过信号后的衰落程度不同，而OFDM可以将一个频率选择性衰落信道转换为若干个平坦衰落信道。

举例

平坦衰落、频率选择性衰落和时间选择性衰落。

在一个窗口服务型企业，对每位服务员都有固定的微笑、言语等服务要求，营业大厅的三名服务员的态度则大相径庭。服务员A无论在何时（时间），对何人（频率）都能够达到公司要求服务水平的90%（衰落）；服务员B在任何时刻的服务态度都一样（时不变），但是对不同的顾客的态度则不同，对朋友和关系户，服务水平达到95%（对某些频率衰落很小），而对其他顾客服务水平只达到45%（对某些频率衰落很大）；服务员C对所有顾客的服务态度都一样（频率非选择性），但是在不同的时间段的服务水平则不同，早上精神饱满，服务水平达到95%，而快下班时服务水平达到35%。

上述服务员中，A对应平坦衰落信道，B对应频率选择性衰落信道，C对应时间选择性衰落信道。