Wi-Fi產(chǎn)品中的OFDM技術(shù)

近年來(lái)，正交頻分復(fù)用(OFDM)技術(shù)因其可有效對(duì)抗多徑干擾(ISI)和提高系統(tǒng)容量而受到人們的極大關(guān)注，已在數(shù)字音頻廣播(DAB)、數(shù)字視頻廣播(DVB)、無(wú)線局域網(wǎng)(WLAN)，Wi-Fi產(chǎn)品中得到廣泛應(yīng)用，是第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)的有力競(jìng)爭(zhēng)者。

OFDM技術(shù)的基本原理

正交頻分復(fù)用(OFDM)的基本原理就是把高速的數(shù)據(jù)流通過(guò)串并變換分解成若干子比特流，分配到傳輸速率相對(duì)較低的若干個(gè)子信道中進(jìn)行傳輸。由于每個(gè)子信道中的符號(hào)周期會(huì)相對(duì)增加，因此可以減輕由無(wú)線信道的多徑時(shí)延擴(kuò)展所產(chǎn)生的時(shí)間彌散性對(duì)系統(tǒng)造成的影響。并且還可以在OFDM符號(hào)之間插入保護(hù)間隔，令間隔大于無(wú)線信道的最大時(shí)延擴(kuò)展，這樣就可以最大限度地消除由于多徑而帶來(lái)的符號(hào)間干擾。而且，一般采用循環(huán)前綴作為保護(hù)間隔，從而可以避免由多徑帶來(lái)的信道間干擾。同時(shí)OFDM 將發(fā)送的信息埋藏在載波系數(shù)中，其載波具有正交性，載波之間的頻譜可以相互交迭，提高了頻譜利用率。

OFDM的基本工作過(guò)程

在OFDM的發(fā)射部分，將串行碼元符號(hào)轉(zhuǎn)換成并行碼元符號(hào)，并行行數(shù)等于子載波數(shù)量，形成子載波符號(hào)序列;對(duì)每個(gè)子載波序列做編碼;將每個(gè)子載波符號(hào)轉(zhuǎn)化成復(fù)數(shù)的相位表現(xiàn)形式;將每個(gè)子載波符號(hào)序列調(diào)制在相應(yīng)的IFFT BIN上，包括共軛部分的子載波序列;實(shí)施IFFF得到時(shí)域離散的OFDM信號(hào)采樣點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)OFDM 調(diào)制的關(guān)鍵是子載波頻率和符號(hào)率的關(guān)系，子載波頻率以1/NT的整數(shù)倍分割，每個(gè)子載波的符號(hào)率為1/NT (symbols/sec)。每個(gè)子載波調(diào)制的效果使其呈現(xiàn)sin(x)/x形狀，sin(x)/x的0點(diǎn)落在頻率橫坐標(biāo)的1/NT的各個(gè)整數(shù)倍上，每個(gè)子載波的頻譜峰值正對(duì)橫坐標(biāo)的各個(gè)子載波頻率點(diǎn)k/NT上，一個(gè)載波頻率點(diǎn)正好落在其它子載波頻率對(duì)應(yīng)的頻譜0點(diǎn)上，這意味著發(fā)送過(guò)程中盡管各個(gè)載波的頻譜重疊，但互不干擾，子載波緊密相連使得帶寬利用率很高。數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)處理，轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)后就可以進(jìn)行上變頻調(diào)制，進(jìn)行發(fā)射。

OFDM技術(shù)的特點(diǎn)

OFDM技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)是：可以有效對(duì)抗多徑傳播造成的符號(hào)間干擾，其實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度比采用均衡器的單載波系統(tǒng)小很多;在變化相對(duì)較慢的信道上，OFDM系統(tǒng)可以根據(jù)每個(gè)子載波的信噪比優(yōu)化分配每個(gè)子載波上傳送的信息比特，從而大大提高系統(tǒng)傳輸信息的容量;OFDM系統(tǒng)抗脈沖干擾的能力比單載波系統(tǒng)強(qiáng)。因?yàn)镺FDM信號(hào)的解調(diào)是在1個(gè)很長(zhǎng)的符號(hào)周期內(nèi)積分，從而使脈沖噪聲的影響得以分散;頻譜利用率高，OFDM信號(hào)由N個(gè)信號(hào)疊加而成，每個(gè)信號(hào)的頻譜均為sinc函數(shù)。

與傳統(tǒng)的單載波傳輸系統(tǒng)相比。OFDM的主要缺點(diǎn)是：對(duì)于載波頻率偏移和定時(shí)誤差的敏感程度比單載波系統(tǒng)高;OFDM系統(tǒng)中的信號(hào)存在較高的峰值平均功率比(PAPR)使得它對(duì)放大器的線性要求很高;為了實(shí)現(xiàn)相干解調(diào)，必須進(jìn)行信道估計(jì)。針對(duì)這些缺點(diǎn)，OFDM的3項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)即頻偏估計(jì)、降低峰平比和信道估計(jì)算法成為目前的3個(gè)研究熱點(diǎn)。

OFDM技術(shù)在Wi-Fi產(chǎn)品中的應(yīng)用

IEEE 802.11a是OFDM應(yīng)用于WLAN的標(biāo)準(zhǔn)。IEEE 802.11a工作在5GHz頻段。利用OFDM作為物理層技術(shù)。可提供6Mb/s到54Mb/s的數(shù)據(jù)速率。為了恢復(fù)處于不同衰落環(huán)境的子載波上的信號(hào)。它在不同的子載波上采用不同碼率的編碼方式。主要有1/2、2/3、3/4三種碼率。其中1/2編碼器采用約束長(zhǎng)度為7的卷積編碼，生成多項(xiàng)式為 (133，171)，其他二種碼率通過(guò)對(duì)1/2編碼器進(jìn)行鑿孔獲得。下表給出IEEE 802.11a支持的8種模式，為了對(duì)比，表中還給出了HIPERLAN/2支持的7種模式。

IEEE 802.11a和HIPERLAN/2的工作模式