OFDM技术在光纤通信系统中的应用范文

我们处在无线通讯时代，专业人员都将目光投向了无线信道内获得高品质信号。可以预见，未来我们所接触的无线通信系统不仅囊括移动蜂窝电话系统，还应接入无线宽带、无线局域网、智能交通和人工智能控制等系统。然而，我们在实际应用中可以充分利用的频率资源往往十分有限。显然，对于当下基于有限宽带实现高速传输工作的无线通信系统应该亟待解决的问题之一。本文所论述的0FDM技术对此问题行之有效。

1OFDM的技术原理

OFDM作为子载波混叠的MCM，在普通MCM技术的基础上，0FDM技术拥有更好的频谱效率。通常，0FDM将高速数据散列至多组正交子载波内传送，由此大幅降低符号速率，并延长符号的持续时间。也就是说，OFDM拥有更好的时延拓展性能，可有效规避不同符号之间的互扰。0FDM符号前可增加保护间隔，如保护间隔的时延拓展性能强于信道的时延拓展性能，即可彻底避免不同符号之间的互扰问题。0FDM与普通多载波传送技术不同的是，它可以实现子载波频谱的局部重叠，子载波之间只需完成正交即可从混叠子载波内分离相应的数据流。正因如此，OFDM技术在频谱效率方面性能更强，可作为高效调制手段。0FDM技术可以良好抵抗窄带干扰。究其原因，窄带干扰仅对部分子载波形成影响，选择信道则利用子载波内纠错控制码来获取频率。OFDM主要由多组等间距频率的子载波组成，每组子载波由独立符号进行调制，而调制的形式迥异，不同组子载波的信号功率频谱具有相同的形式，均为sinf/f型，并与时域方波具有对应关系。另外，0FDM的合成信号频谱与矩形相似，其频带利用率与香农信息论的理论极限值较为接近。

2OFDM技术的特点

2.1时域与频域同步0FDM技术对于定时与频率偏移较为敏感，尤其结合FDMA、TDMA和CDMA等多址方式，时域与频率同步的特性非常关键。相较于其他通信系统，0FDM同样由捕获与跟踪两个过程构成。下行链路内，多个移动终端的广播信号都由基站发出。因此，下行链路的同步形式较为简单，且实现过程单一。上行链路内，多个移动终端的广播信号到达基站的时间应一致，方可实现各子载波之间的正交。基站可按照各个移动终端发出的子载波信号即时接取时域与频域的数据信息，然后通过基站返回各个移动终端，从而实现移动终端的同步。

2.2峰均功率的有效降低因0FDM信号时域表现主要体现在M个正交子载波信号的混叠，若M个子载倍、波信号正好在峰值位置混叠，其信号在此位置产生最大的峰值，且峰值功率为平均功率的M倍。即便出现峰值功率的几率很小，为保证高峰均功率比在不失真前提下发送出0FDM信号，发送客户端对于高功率放大器HPA的线性度要求通常很高，接收客户端对于前端放大器和A/D变换器的线性度要求同样很高，因而较高PAPR会引起0FDM的技术性能大幅降低，且可能导致较大应用误差。为彻底规避这样的弊端，我们引入了信号畸变技术、信号扰码和信号空间拓展技术，以便降低0FDM受PAPR不良影响的程度。

2.3均衡性在信道衰落条件下，0FDM技术的均衡性不能作为改善性能的有效办法。因0FDM均衡性的实质在于对多路径信道引起码间干扰的补偿，且0FDM系统自身拥有可利用的多路径信道分集特征，其均衡性显然可以被忽略。高度散列的通信信道内，每个信道的记忆长度非常大，要求循环前缀（即CyclicPrefix,CP）长度要满足系统实际要求才能避免ISI的过多出现。然而，循环前缀（即CyclicPrefix,CP）长度太长也可能造成过多能量的损失，特别是子载波数量较小的0FDM系统。此时，我们可以增设均衡装置来减小循环前缀（即CyclicPrefix,CP）长度，也就是利用增加系统复杂性来置换更高的频带有用率。

30FDM技术在光纤通信系统中的应用——基于IFFT/FFT的OFDM系统

一般地，传统频分复用系统（FDM）在规避载波互扰方面主要以增加保护频带的方式实现，该做法一定程度上无法保证频谱有用率。正交频分复用系统（0FDM）利用正交滤波器将不同子载波分割成为多组子信道，主要适用路数较多的情况。上世纪80年代初期，Weinstein和Ebert在多载波传输系统内引入DFT程序，以此为多路径信道复合与分解打开了方便之门。同时，为有效规避多路径信道引起0FDM符号间互相干扰（ISI）的问题，每组符号间均插入循环前缀（即CyclicPrefix,CP），也就是把0FDM符号最后几个码元直接复制插入至自身前一位。若循环前缀（即CyclicPrefix,CP）占用时间超过或等于最大的时延拓展Tmax，其说明多路径信道的通信信号不会直接延伸至下个传输周期。相较于同速率单载波系统，0FDM系统的子载波码元宽度均为单载波码元宽度的M倍，其信道时延拓展的性能更好，这样说明了0FDM系统具有良好的抗干扰能力。

4结束语

有关新一代光纤通信系统的研究悄然开始，0FDM系统从其技术特点方面来看，俨然成为新一代光纤通信系统不可或缺的技术手段之一。作为专业技术人员，追踪0FDM技术的最新发展动态，深入相关理论研究，增强在研究领域的竞争实力成为必然。笔者撰写此文，仅作为技术交流，与同行朋友共享。

作者：姜鑫 单位：中国联合网络通信有限公司天津市分公司