正交频分复用（OFDM）技术的解决途径
一、OFDM的简单介绍
OFDM是正交频分复用技术(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)的缩写，OFDM是基于多路载波的新型信号调制传输技术，具体是将信号数据分解成多个相互独立的子信号流，各子信号流将以相对低很多的流量传输，多个子信号流以较低流量并行传输是OFDM的典型特征，相对于传统的单载波系统，多载波模式可以大幅度扩展信道容量。上世纪60年代，关于多载波调制传输技术的理论工作就已经展开，通信技术专家论证了尽管多载波传输存在信号干扰，但仍可大幅度优化信息传输系统的性能。七零年代初，OFDM首次被已专利形式确定下来，1971年Weinstein和Ebert采用离散傅氏变换实现了多载波调制，该方法发表在了IEEE杂志上，之后的十多年内，虽然人们深入研究了如何在移动通信领域运用多载波调制技术，但由于当时数字信号处理技术及高效信号调制技术没有跟上，多载波传输技术并没有被广泛应用。这一情况直到上世纪九十年代才被改观，从此OFDM技术受到重视并被广泛应用开来。
OFDM技术相对于传统的单载波系统，虽然有效地扩展了信道容量，但多径传播各路信号难以事先关联，不可避免出现子信道信号相互干扰，如何消除各种干扰称为噪音降解。
二、噪信降解准备之离散多音频(DMT)技术
OFDM最先采用频率不同的子路载波传输单个高容量信息流，而不是分别用各路径传输相异子信息流，那种情况下，发射端采用并行发射，单一信道内可将此种并行发射传送技术与单载波高容量串行传送进行比较，若简单借助多组发射机和接收机来实现，成本会非常高，后来人们实现了将9点的QAM调制技术应用于多载波调制系统上，接收端使用子信道相关性检测，子载波间的频率间距取决于码元编解速率，使频谱利用率达到了优化。
离散傅氏变换技术是将输入信号分组，使各组数据包含n个复数码元，每组的一个复数码元占用一个子信道，接收端先对输入信号取样，然后对每组数据实施离散傅里叶变换，复原原信号。这种模式的OFDM称为DMT，即离散多音频，DMT技术主要优势是基于FFT算法的优越性，理论上讲，n码元FFT仅耗用 nlogn次乘法运算，直接采用DFT所需的运算为n2量级。
近20年来，OFDM技术，特别是DMT技术，已经被广泛运用到各种通信技术中，如今，DMT已被用作ADSL的标准技术。
三、多载波信道噪音降解
OFDM技术配合适当的编码技术及交织技术，可有效抵抗无线信道的干扰，在无线通信高速传输技术中，频率响应曲线一般不是平坦的，OFDM的主要想法是将给定信道在频域内分解成相互正交的子信道，每个子信道用一个子载波调制，各子载波并行传输。即使总信道不是平坦的，但能保证每个子信道的相对平坦性，由于子信道窄带传输，信号带宽显著小于信道带宽，大大消除了子信号间的干扰。
将高速率、高容量的数据流分解为多子路径低速率、低容量数据流，各子信号流数据采用相互独立调制并迭加在一起构成发送信号，由于信道速率及容量降低，同时码元周期增大，多径干扰将较少地遗传到下一码元，这样就降低了多径时延在信号码元中所占百分比，削弱了多径干扰对信号传输系统的影响。实验显示，依据 802.11a标准指定的编码交织工序以及对应的解码解交织工序，完全恢复了原来的信息信号。下图是示波器所显示的双探头观测结果，比较两路波形，信号在灵敏度内不见有差异。
要加快OFDM功率谱带之外的部分下降速度，需对OFDM符号实施加窗处理，加窗处理可以使周期边缘幅度渐变至零，升余弦窗函数表示为式(1)：
(1)Ts指加窗前的`符号长度，β为滚降因子，(1+β)Ts指加窗后的符号长度。
下面的式(2)常用来刻画OFDM之输出信号的等效
由式(2)所刻画的OFDM信号有一个缺点：功率谱带外干扰衰减速度太慢，虽然增加子载波数可加快功率谱带外干扰衰减速度，但若不采用加窗技术，效果仍不够理想。
实际通信过程中，加窗过程如下：
(1)在n数字调制好的信号符后面补零，形成n个输入样本值序列。
(2)对样本值序列实施IFFT运算，将输出信号最后的前缀分别植入对应的OFDM符号之前，再将IFFT输出信号最前面Tpostfix样值植入到OFDM符号之后。
(3)将OFDM符号与式子(1)定义的升余弦窗函数棕(t)时域相乘。
(4)将经加窗后的OFDM符延时Ts，与前一个经加窗后的OFDM符号相加，相邻的两个OFDM符号之间会存在宽带为βTs的重叠区。
多载波调制(MCM)技术是将具有某一带宽的非线性信道分解为N个近似子信道，每个子信道是近似线性的，每个子信道以低速码(1/N码元速率)进行数据传输，低速率传输数据码元周期长，只要时延值与码元周期的比值小于某一定值，符间串扰就不会明显。本质上讲，MCM对信道的时延扩散不敏感，用MCM即使不采用均衡器也可获得较好的性能。
由香农公式可知，子信道频率响应为近似线性信道时，信道容量几乎达到最大值。每个子信道中，发射功率谱密度可依据信道特性决定，各信道独立编码，再采用适应于该子信道映射模式实现信号传输———信噪比较高时采用MQAM映射模式，信噪比较低时采用BPSK或QPSK的映射模式。另外，频率间距Δf足够小时，C(f)几乎为常数，接收端不必要采用均衡算法补偿，此时符间串扰已经可以忽略。
参考文献
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