无线通信中的OFDM技术及测试

端两个经过调制的正弦波上。其中，IFFT变换的作用就像是一个特殊的多路复用器。
　
图8   OFDM可以在发射端采用IFFT变换在接收端采用FFT变换来实现。在发射端，IFFT将多个并行的输入信号变换到输出端两个经过调制的正弦波上。IFFT变换的作用就像一个特殊的多路复用器

为了保持各路信号的同步，OFDM信号包含多个用于同步的子载波（如图9所示），我们称之为导频，作为相位和幅值基准，在接收器解调其他子载波中的数据时实现同步控制。
　
图9  OFDM信号包含多个称为导频的子载波，作为相位和幅值基准，在接收器解调其他子载波中的数据时实现同步控制　

关键特性的测量：星座图和EVM

图10  符合802.11j标准的WLAN信号星座图。注意，虽然该信号是采用多个载波进行传输的，但它本质上仍然是一个QAM信号。其中也包含两个冗余的符号，表示在导频上调制的信息

图10给出了符合802.11j标准的WLAN信号星座图。注意，虽然该信号是采用多个载波进行传输的，但它本质上仍然是一个QAM信号。其中也包含两个冗余的符号，表示在导频上调制的信息。

OFDM的应用非常广泛，如表1所示。

表1 使用OFDM技术的通信标准　
　

WLAN

WLAN是由IEEE 802.11标准定义的，其中包括从a到g多个变种，如表2所示。在16.25MHz的带宽内包含52个载波（如图11所示），编号从-26到+26，间隔312.5kHz。其中载波7和21（-21、-7、+7和+21）是导频。报文结构为“前同步码—报头—数据块”，子载波调制类型为BPSK、QPSK、16-QAM或64-QAM。
　
　
图11  调制方案中的各个载波称为子载波。子载波之间具有规则的间隔，称为子载波频率间隔（ΔF）。子载波的频率相对中心频率为kΔF，其中k是子载波的序号

最初的WLAN标准是802.11b，它不是基于OFDM技术的。a和g相同：a采用5GHz的ISM频带，g采用2.4GHz的ISM频带。j是g符号速率降低的版本，主要用于日本市场，n基于MIMO技术。

国际上多个组织都在从事WLAN的研究规范工作：WiFi行业联盟致力于定义802.11标准所需的子集，以确保不同厂商的设备之间具有更好的互操作性。EWC行业联盟致力于完善目前还没有完成的n标准，已经为此达成了一个统一的版本，并力图在802.11n标准批准之前提出实际的解决方案。

WLAN所需的测试设备

WLAN所需的测试设备必须具有高达6GHz的频率范围，并且能够调制或解调除了802.11n之外所有类型的带宽高达16.25GHz的OFDM信号，802.11n的最大带宽为40MHz。

到目前为止，我们对OFDM已经有了初步的认识。在OFDM中所有的载波都是用于构成单链路。OFDMA（正交频分多路复用多址）采用与CDMA类似的方式将不同组的子载波分配给不同的用户，其最著名的应用就是WiMAX。

WiMAX

WiMAX（全球微波接入互通）在概念上与802.11标准非常类似，但是要同时满足多个用户的需求使得它的实现更加复杂。
WiMAX主要有两个变种：固定式和移动式。移动式WiMAX，即802.16e-2005（常称为802.16e），易于实现移动设备之间的互连。它采用SOFDMA（可扩展OFDM多路多址）技术，这种技术能够与OFDMA互操作，但是需要新的设备支持。802.16e标准也增加了对MIMO（多入多出）的支持。

固定式WiMAX，即802.16-2004（常称为802.16d），采用OFDMA技术，工作频率范围为2～11GHz（在5.9GHz以上没有经过正式的批准）；它在2km范围内能够实现10Mbps的实际数据速率。
　　
表3归纳了固定式与移动式WiMAX二者的差异。

表3固定式与移动式WiMAX
　

固定式WiMAX与WLAN有类似之处，即它具有OFDM物理层。移动WiMAX基于OFDMA物理层。它同时采用了频分多路复用和时分多路复用技术。子载波组（如图12所示）表示单独的数据流。每组子载波也具有一种帧结构。
　
图12   移动WiMAX同时采用频分多路复用和时分多路复用技术。子载波组表示单独的数据流。每组子载波也具有一种帧结构

时分特征如图13所示。帧结构等同于一个报文。上行链路和下行链路之间有一个时隙，称为转换时隙。
　
图13  时分特征如图13所示。帧结构等同于一个报文。上行链路和下行链路之间有一个时隙，称为转换时隙

移动WiMAX是一个动态系统。所传输的数据量与每组子载波上的调制类型和符号速率有关。如果链路质量较好，使用诸如QAM之类的高吞吐率调制类型，占用大部分带宽，那么就会限制系统内的用户数量。随着用户进一步远离基站，信号质量就会下降，系统能够保持较高的吞吐率。此时可以采用诸如QPSK之类吞吐率较低的调制方案。因此，这样就不需要一大组子载波了，系统就能够支持更