OFDM在数字广播中的应用

频分复用(FDM，Frequency Division Multiplexing)就是将用于传输信道的总带宽划分成若干个子频带(或称子信道)，每一个子信道传输1路信号。频分复用要求总频率宽度大于各个子信道频率之和，同时为了保证各子信道中所传输的信号互不干扰，应在各子信道之间设立隔离带，这样就保证了各路信号互不干扰。频分复用技术的特点是所有子信道传输的信号以并行的方式工作，每一路信号传输时可不考虑传输时延。频分复用技术除传统意义上的频分复用(FDM)外，还有一种是正交频分复用(OFDM)，本文主要介绍正交频分复用(OFDM ，Orthogonal Frequency Division Multiplexing)。

　　传统的频分复用（FDM）的优点是简单、直接。但是频谱的利用率低，子信道之间要留有保护频带，而且在频分路数N较大时多个滤波器的实现使系统复杂化。

　　正交频分复用（OFDM）技术的基本思想就是在频域内将所给信道分成许多正交子信道，在每一个子信道上使用一个子载波进行调制，并且各子载波并行传输，这样，尽管总的信道并非平坦的，也就是说，具有频率选择性，但是每个子信道是相对平坦的，并且在每个信道上进行的是窄带传输，信号带宽小于信道的相关带宽，因此可以大大消除符号间干扰。

　　OFDM实际是一种多载波数字调制技术。OFDM全部载波频率有相等的频率间隔，它们是一个基本振荡频率的整数倍，正交指各个载波的信号频谱是正交的。

　　OFDM系统比传统FDM系统要求的带宽要小得多。由于OFDM使用无干扰正交载波技术，单个载波间无需保护频带，这样使得可用频谱的使用效率更高。另外，OFDM技术可动态分配在子信道中的数据，为获得最大的数据吞吐量，多载波调制器可以智能地分配更多的数据到噪声小的子信道上。

　　目前OFDM技术已被广泛应用于广播式的音频和视频领域以及通信系统中。

　　OFDM技术的优点
　　（1）OFDM技术实现了多载波调制（MCM），克服了多径接收，提高了系统的传输码率。
　　（2）OFDM技术将给定信道分成许多正交子信道，在每个子信道上使用一个子载波进行调制，并且各子载波并行传输，大大消除信号波形间的干扰，也提高了频谱效率。
　　（3）OFDM技术可适应不同设计需求，灵活分配数据容量和功率，便于提供灵活的高速和变速综合数据传输。
　　（4）OFDM技术能提供较大的系统容量，且具有较强的抗多径干扰、抗频率选择性衰落和频率扩散能力，适应多径和移动信道传播条件。
　　（5）OFDM技术可以实现较高的安全传输性能，它允许数据在高速的射频上编码。
　　（6）OFDM技术能够持续不断地监控传输介质上通信特性的突然变化。能动态地接通或切断相应的载波，以保证持续地进行成功的通信。

　　OFDM技术的缺点
　　尽管OFDM有很大的优点，在技术上也还存在两个缺点：
　　(1) OFDM的基础是子载波必须满足正交，如果正交性恶化，则整个系统的性能会严重下降，产生OFDM特有的子载波间串扰。在实际工作中由于无线衰落信道的时变性，往往会造成频率弥散，引起多普勒频移效应，从而影响载波频率正交性。如何实现子载波的精确同步是OFDM技术中的一个难点。
　　(2) OFDM信号呈现很大的峰值平均功率比（PAPR），比单载波系统需要更宽的线性范围。由于采用 DFT实现调制和解调，故对载波频率偏移、相位噪声和非线性放大更为敏感。若要避免信号失真和频谱扩展，则需要动态范围很大的线性放大器。如何降低信号的峰值平均功率比是OFDM技术中的另一个难点。
　　由于上述原因，OFDM要求昂贵的、高精度的无线电器件。

　　OFDM在数字音频广播中的应用
　　数字音频广播DAB（Digital Autio Broadeasting）于70年代末期开始研制，1986年列为欧共体Eurekal47计划，1988年基础性研究和初步的开路实验结果都显示它成为新一代广播系统的强大生命力，引起了世界各国的重视，我国部分发达城市也已着手进行研制开发，DAB有巨大的市场和经济效益，它在未来20年时间内最终要取代调频广播。
　　数字音频广播的三项关键技术是：即信源编码、信道编码和网络覆盖规划。而DAB的信道编码技术是一种抗回波传输的信道编码技术，在具体处理上利用OFDM技术将信号分成大量的窄带子信道传输再用卷积码和Viterbi解码算法结合。在误码的比特与传输信道有最佳匹配，能提供大于20dB增益，这种方法的特点是使源编码的比特与传输信道有最佳匹配，有足够的误码保护，在多径反射在提供极好的服务，特别是在移动和便携状态下，接收具有高的频谱效率并能适应低的发射功率。OFDM在一定程度上综合了窄分段和宽分段各自的优点，在1.5MHz带宽中，可一起传送5－6套立体声高质量节目，信噪比可达80dB以上。