OFDM:正交频分复用

正交频分复用(OFDM)是一种调制和复用技术。调制是将数据编码到载波信号上，然后将其放大并应用于天线的过程。多路复用是一个传输通道用于多个信号的过程。大多数人都熟悉调幅和调频(AM和FM)，它们主要处理像声音和音乐这样的模拟数据。例如，使用几种不同的方法可以更有效地实现数字数据调制。多路复用是一种将多个信号组合成单一或共享介质的技术。多路复用/解路复用被称为mux/demux。

最早开发的扩频技术是跳频扩频(FHSS)，早在第二次世界大战时就开始使用。FHSS是一种原始的调制方法IEEE 802.11主要标准。简而言之，FHSS信道在给定的频率空间内跳，每跳通常为1mhz。跳序列在AP的信标管理帧中广播，允许接收方通过跳序列跟踪数据。FHSS在802.11中被更快的方法所取代，但仍在802.15设备中使用，例如蓝牙。

为了在无线介质中有效、可靠地传输数据，Wi-Fi使用了一种被称为扩频的广泛的调制和编码方法。在扩频调制中，通过将单个比特编码为一系列比特或“芯片”，数据在信道频谱上“扩展”。这些信息的添加称为处理增益，具有提高信噪比(SNR)的作用。调幅和调频是窄带技术，使用窄信道频谱和高功率传输。扩频是一种在宽信道频谱上运行的宽带技术，需要低功耗和较慢的数据速率来传输信息。这使得通信更加健壮和可靠。

直接序列扩频(DSSS)是一种扩频技术，首次用于802.11的推出。DSSS允许数据在宽频带频谱上传播，这是抗干扰的，同时需要更低的功率。最初的标准提供了1-2 Mbps的吞吐量;802.11b引入了高速率dsss (HR-DSSS)，提供5.5和11 Mbps的吞吐量。数据编码被称为“芯片”。每个比特使用巴克码进行编码;该代码将1位分割成11位，这些11位分布在信道频谱上。11位中有9位可能损坏，但数据仍然可以恢复。

OFDM实际上不是扩频技术;它是一种特殊形式的多路复用。OFDM复用数据到52个正交子载波使用几种调制技术之一。然后将这些子载波复用到OFDM载波中。然后信号在接收端解复用并解调。

二进制相移键控(BPSK)和正交相移键控(QPSK)用于以低数据速率将信号调制到单个子载波上;在较高的速率下，使用正交调幅(QAM)。QAM是相位和幅度调制的混合，分辨率在16-QAM和256-QAM之间。

每个子载波垂直相距90度。这消除了共信道和相邻信道的干扰和串扰。它能抵抗窄带干扰。每个子载波的宽度为312.5kHz，在信道中心频率周围编号为-26至+26。48个子载波用于数据，而4个子载波用作“导频”载波，其携带相位和幅度参考以补偿传输中的任何失真。导频器用于跟踪频率校正后的剩余相位误差(如果有的话)。

802.11a是第一个在5ghz频谱中使用OFDM的标准，其次是802.11g，在2.4 GHz频谱中使用。两者都提供高达54 Mbps的吞吐量。标准802.11n使用高吞吐量OFDM (HT-OFDM)提供高达600mbps的吞吐量。HT-OFDM使用56个20MHz子载波信道，其中52个信道承载数据;114个40mhz子载波，其中108个用于数据传输。标准802.11n还使用MIMO和空间多路复用来提高吞吐量。

除了抗干扰和数据损坏，卷积编码，一种纠错方法，被用来增加对窄带干扰的抵抗力。卷积编码是一种前向纠错(FEC)方法，它允许接收方检测和修复损坏的比特，并避免重传。卷积编码使用传输比特和编码比特之间的比率来确定抗干扰的强度。较低的比率表示对干扰的抵抗力较低，但吞吐量较高。

OFDM可用于有线和无线通信，是数字通信中广泛使用的选项。除了802.11 wlan之外，OFDM还用于移动通信、数字电视和音频广播。

Daniel E. Capano，康涅狄格州斯坦福德多元化技术服务公司的所有者和总裁，是认证无线网络管理员(CWNA)。Chris Vavra编辑，CFE Media制作编辑，控制工程，cvavra@cfemedia.com。

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