快速傅里葉變換算法（FFT）在無線通信系統(tǒng)正交頻分復用（OFDM）結(jié)構(gòu)中的重要作用

【摘 要】OFDM（正交頻分復用）技術(shù)是無線通信系統(tǒng)中應(yīng)用非常廣泛的技術(shù)之一，由于其高頻譜效率、低信噪比、鏈路獨立調(diào)制等優(yōu)秀的特點，OFDM在第三代無線通信中也將得到非常廣泛的應(yīng)用。OFDM技術(shù)采取了多載波調(diào)制的思想，將高速數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換成并行的低速子數(shù)據(jù)流，調(diào)制到自信道上進行傳輸。為了減小信道帶寬，正交頻分復用技術(shù)必須采取傅里葉變換的算法實現(xiàn)各子載波之間相互正交，本文對傅里葉變換算法在正交頻分復用復用技術(shù)上的應(yīng)用做了較為詳細的描述。

【關(guān)鍵詞】正交頻分復用 傅里葉變換

OFDM（正交頻分復用）技術(shù)已經(jīng)發(fā)展了幾十年，然而近幾年這項技術(shù)被廣泛的應(yīng)用到現(xiàn)代通信系統(tǒng)中，如移動無線FM信道，高比特率數(shù)字用戶線系統(tǒng)（HDSL），不對稱數(shù)字用戶線系統(tǒng)（ADSL），數(shù)字音頻廣播（DBA）系統(tǒng)等。IEEE802.11a通過了一個SGHz的無線局域網(wǎng)標準，其中OFDM調(diào)制技術(shù)被采用為物理層標準，使得傳輸速率可達54Mbps。歐洲電信組織（ETsl）的快帶射頻接入網(wǎng)的局域網(wǎng)標準也把OFDM定為它的調(diào)制標準技術(shù)。擁有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的3G標準——TD-SCDMA提出的B3G/4G的目標是在高速移動環(huán)境下支持高達100Mb/s的下行數(shù)據(jù)傳輸速率，在室內(nèi)和靜止環(huán)境下支持高達1Gb/s的下行數(shù)據(jù)傳輸速率，而OFDM技術(shù)也將扮演重要的角色。

一個典型的OFDM系統(tǒng)如下圖中所示，圖一、圖二分別為OFDM系統(tǒng)的發(fā)送端和接收端。在發(fā)送端，數(shù)據(jù)流先經(jīng)過一個調(diào)制器進行QPSK或QAM的調(diào)制編碼，然后經(jīng)過一個快速傅里葉逆變換（IFFT）算法之后把數(shù)據(jù)變成多個相互正交的子載波，最后通過數(shù)模變換之后數(shù)據(jù)就成為基帶信號可以發(fā)送了。接受端則是發(fā)送端的相反過程，值得注意的是，此時使用的是快速傅里葉變換（FFT），而發(fā)送端使用的是逆向的傅里葉變換。

IFFT是OFDM調(diào)制過程中最重要的一個步驟，每個IFFT輸出的數(shù)據(jù)符號都是由所有子載波信號經(jīng)過疊加而生成的，即對連續(xù)的多個經(jīng)過調(diào)制的子載波的疊加信號進行抽樣得到的。IFFT和FFT并不是信號在時域與頻域中的轉(zhuǎn)換過程，而僅僅代表了一種算法，通過這種算法，將OFDM數(shù)據(jù)中的每個子載波相互的正交起來，已達到在傳輸過程中，因為正交而相互獨立傳輸?shù)哪康摹?/p>

圖三所示為整個OFDM系統(tǒng)IFFT/FFT的應(yīng)用圖示?？梢钥吹?，此圖中為n=4的傅里葉變換，也就是說有四個相互獨立的子載波，經(jīng)過逆、正變換之后，信號恢復到原來的星座圖狀態(tài)，四個正交的子載波依然完好，可以被解調(diào)出來。

基于FFT的OFDM快速算法，也大大簡化了其硬件的復雜性，使得應(yīng)用更加廣泛。并且可以較為簡單的實現(xiàn)均衡，因為此時只需對每個子載波的數(shù)據(jù)做均衡，而每個子載波上的數(shù)據(jù)經(jīng)受的是無線信道上的平坦衰落，因此能夠?qū)崿F(xiàn)自適應(yīng)調(diào)制與編碼，自適應(yīng)調(diào)制的OFDM系統(tǒng)可以毛組多媒體數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨蟆?/p>

總之，基于IFFT/FFT算法產(chǎn)生的正交頻分復用技術(shù)OFDM利用相互正交的多個子載波束傳送信息，具有高的頻譜利用率和良好的抗多徑干擾能力，已經(jīng)被應(yīng)用與數(shù)字音頻廣播、高清晰度電視和無線局域網(wǎng)等方面，并被看做是第四代移動通信的核心技術(shù)之一。本文系統(tǒng)的論述了IFFT/FFT算法在OFDM系統(tǒng)中所起到的作用，以及IFFT/FFT算法在OFDM系統(tǒng)中的實現(xiàn)過程。

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