OFDM技术在无线局域网中的应用分析

摘要：以正交频分复用(OFDM)为代表的多载波传输技术可以大大提高系统容量，因而受到人们的广泛关注并得到广泛的应用。介绍了OFDM的原理及其在无线局域网中的应用情况，并提出了OFDM技术的缺点和解决办法。

关键词：OFDM； 无线局域网； 通信 

一、引言

近年来，正交频分复用(OFDM)技术因其可效对抗多径干扰(ISI)和提高系统容量而受到人们的极大关注，已在数字音频广播(DAB)、数字视频广播(DVB)、无线局域网(WLAN)中得到应用，是第四代移动通信系统的有力竞争者。OFDM是多载波传输方案的实现方式之， 在许多文献中OFDM也被称为离散多音(DMT)调制。它通过串并变换将高速数据流分配到多个子载波上。使得每个子载波上的数据符号持续长度相对增加，从而可以有效地提高系统容量和对抗因无线信道的时间弥散引起的ISI。通过引入循环前缀(CP)有效地消除了因多径造成的信道间干扰(ICI)，从而保持子载波间的正交性。另外，它可以利用快速傅立叶变换算法实现调制和解调。为其应用提供了可能。

二、OFDM 技术分析

OFDM的基本原理是将高速信息处数据编码后分配到并行的N个相互正交的载波上，每个载波上的调制速率很低（1/N），调制符号的持续间隔远大于信道的时间扩散，从而能够在具有较大失真和突发性脉冲干扰环境下对传输的数字信号提供有效的保护。OFDM对多径时延续扩散不敏感，若信号占用宽带大于信道相干宽带，则多经效应使信号的某些频率分量增强，某些频率分量减弱。（频率选择性衰弱）OFDM的频域编码和交织在分散并行的数据之间建立了联系，这样，由部分衰弱和干扰而遭遇到破坏的数据，可以通过频率分量增强部分更可靠的接收的数据得以恢复，即实现频率分集。

图1   OFDM系统框图

三、OFDM 在无线局域网中的应用

IEEE 802.11a是OFDM应用于WLAN的标准。IEEE 802.1la工作在5GHz频段。利用OFDM作为物理层技术。可提供6Mb／s到54Mb／s的数据速率。为了恢复处于不同衰落环境的子载波上的信号。它在不同的子载波上采用不同码率的编码方式。主要有1／2、2／3、3／4三种码率。其中1／2编码器采用约束长度为7的卷积编码，生成多项式为(133，171)，其他二种码率通过对1／2编码器进行凿孔获得。表1给出IEEE 802.11a支持的8种模式，为了对比，表中还给出了HIPERLAN／2支持的7种模式。

表1 不同的传输速率对应着不同的调制方式

调制方式	码率	数据速率	数据比特 /OFDM符号
二种标准都有的模式
BPSK	1/2	6Mb/s	24
BPSK	3/4	9Mb/s	36
QPSK	1/2	12Mb/s	48
QPSK	3/4	18Mb/s	72
16QAM	3/4	36Mb/s	144
64QAM	3/4	54Mb/s	216
IEEE 802.11a独有的模式
16QAM	1/2	24Mb/s	96
64QAM	2/3	48Mb/s	192
HIPERLAN/2 独有的模式
16QAM	9/16	27Mb/s	108

可以看出，IEEE 802．1la中使用4种调制映射方式(BPSK、QPSK、16QAM和64QAM)。每个OFDM符号有64个子载波，其中48个传输数据，保护间隔为800ns，有效OFDM符号长度为3.2µs，总带宽为2OMHz。其定时同步、载波频偏估计和信道估计都是由2个前置训练符号完成的，训练符号由二部分组成：l0个短训练符号和2个长训练符号，总的训练时间长度为16µs。在选择短训练符号和长训练符号时，考虑到系统的PAPR问题，通过合理的选择训练符号，使得PAPR可以在3dB左右。

四、OFDM 存在的问题及解决方法

在无线环境中，信号的传输都会经过多条路径到达接收端，尤其是在室内环境下，由于信号的反射、折射和散射，这种现象更为严重。OFDM技术虽然可以将频率选择性信道转化成平坦衰落的信道，但是要对抗多径衰落，单凭这一点是不够的。对抗多径衰落的最有效地方法是采用分集技术，因此，将OFDM 和MIMO技术相结合，构成MIMO—OFDM 系统，就可以有效的抵抗多经衰落，改善系统性能。

五、结束语

从理论上说，OFDM 与单载波传输具有相同的信道容量，但是当存在严重符号间干扰或者在多径信道中采用OFDM传输可获得较好的性能。近来受到国内外广泛关注的研究领域是OFDM在下一代蜂窝无线通信系统中的应用，0FDM与多天线技术(MIMO)及空时编码(sac)技术的结合可以大大提高蜂窝通信系统的性能。 

参 考 文 献 

[1]J．A．C．Bingham．Multicarrier  Modulation for data Transmission：An Idea Whose Time Has Come[J]．IEEE Commun．Mag．1999，(28)5：5-14．

[2] LAN／MAN Standards Committee．Wireless LAN Medium Access Control （MAC）and Physical Layer （PHL）Specifications：High-Speed Physical Layer in the 5GHz Band．Piscataway，NJ：IEEE Std．802．1 la[S]．1999．

[3] 佟学俭，罗涛．OFDM移动通信技术原理和应用[M]．北京：人民邮电出版社，2003．