OFDM:回到无线未来
无线技术的密钥限制一直很慢，传输速率并未接近提供有线电视的能力。这使得技术无法提供快速下载或处理多媒体和其他需要的应用程序。然而，现在，使用正交频分复用（OFDM）的无线方法 - 用于通过无线电波传输大量数字数据的调制技术 - 具有高速度。例如，IEEE 802.11a和802.11g无线局域网（WLAN）标准提供每秒54 Mbits的理论最大速度，实际数据速率高达22 Mbps。这高于以前的WLAN技术（如IEEE 802.11b）所产生的速率。
欧洲电信标准局提出的Hiper-LAN2（高性能无线局域网2）和日本的移动多媒体接入通信宽带WLAN技术也使用OFDM。除了WLAN之外，像Flarion Technologies和NextNet Wireless这样的厂商正在使用OFDM来为固定无线城域网（MAN）带来更高的速度。
服务提供商也正在寻找其宽带移动服务的OFDM，包括在蜂窝电话和PDA中使用的移动服务。事实上，即使基于码分多址（CDMA）的第三代（3G）移动无线数据和语音服务最终进入美国市场，一些公司正在寻找OFDM来推动更快的4G无线系统。
然而，OFDM可能不会经历完全平滑的航行。 例如，一家市场研究公司In-Stat / MDR的无线组件技术高级分析专家Allen Nogee表示，随着蜂窝4G，即使OFDM被证明是优越的技术，市场领先的基于CDMA的 供应商和运营商可能会争取维持其庞大的客户群。
此外，许多不兼容的OFDM标准可能会限制技术的广泛用途和广泛的应用。
尽管无线技术是新的，但可以追溯到20世纪60年代后期，作为研究方法的主题，最大限度地减少跨频道间的干扰。 OFDM已经以不对称DSL宽带因特网接入以及欧洲数字音频和视频广播服务的不同方式使用。OFDM无线技术日益普及的主要驱动力是对更快的方法和运行多媒体应用程序的具体需求的普遍需求，数据密集，因此需要更高的速度。
OFDM已经变得实用于更广泛的应用，因为它依赖于高速数字信号处理器，并且DSP最近才以使得OFDM成为竞争性技术的价格变得可用市场，
技术
OFDM将数据承载无线电信号分割成多个较小的信号集，并将其分别调制到不同的子载波上，并以不同的频率同时传输。
道格拉斯·琼斯（Douglas Jones）在电气和计算机工程学教授Douglas Jones解释说，该技术通过使用多个平行子载波在频率上尽可能接近地垂直间隔地实现了比其他形式的复用更高的带宽。伊利诺伊大学，厄本那 - 香槟分校。因为相邻的子信道彼此正交，它们没有重叠，因此通常产生很小的干扰。
通常，Jones表示，OFDM在发射机和接收机上都使用快速傅里叶变换（FFT）算法来数学变换信号，从而有效地对频率进行了空间化，使得它们尽可能接近，但仍然是正交的。
无线系统使用各种频率调制方法通过OFDM传输大量的材料。
例如，IEEE 802.11a使用二进制相移键控方法来实现6到9 Mbps的数据速率; 12-to-18Mbps速率的四相相移键控;以及24到54 Mbps速率的正交幅度调制。更快的方法更易于干扰，并且需要更多的数字信号处理能力，因此不适合所有情况。
图1.当OFDM收发器通信时，发射机（a）和接收机（b）必须完美对准，并且由于潜在的干扰，必须使用纠错技术来最佳地工作。 它们还要求符号映射和解映射以在OFDM使用的6位段和标准二进制段之间转换数据。 尽管数据将以串行格式开始和结束，但翻译器是必需的，因为OFDM并发发送和接收。 并且快速傅立叶算法对信号进行变换，将频率间隔使得它们靠近在一起但仍然是正交的。
OFDM还传输6位数据段，而不是典型的二进制段。这种方法将大量数据压缩到相对较小的带宽。
该技术优先考虑减少通道之间的干扰，而不是强调完善个体通道的质量。这是因为OFDM并行传输信号，所以一个通道的问题将导致最小的整体困难，这通常可以通过纠错技术来修复。
OFDM几乎总是在由无线电收发器，FFT处理器，系统I / O，串并行和并行到串行转换器以及OFDM逻辑组成的嵌入式芯片组中实现。
减少干扰
OFDM还通过最小化多径失真来提高性能，这是CDMA等单载波无线技术所遇到的问题。当发射的无线信号从建筑物，树木或其他表面反弹时，发生多径失真，在不同时间到达目的地的复制副本，从而对整体信号质量进行分级。
OFDM部署通常通过前向对抗干扰纠错。伊利诺伊大学琼斯解释道，OFDM还通过相对缓慢地传输每一个比特来解决问题。例如，为了每秒发送1 Mbit，系统可以每微秒发送一位。然而，如果传输延迟稍微超过微秒，则它将与下一个信号重叠，导致干扰。
然而，如果系统在1,000个OFDM子信道上并行发送1,000位，则每毫秒可以发送一个位，并且仍然产生每秒1兆比特的聚合数据速率。在这种情况下，稍微超过一微秒的信号延迟将仅重叠下一个位的传输周期的千分之一，从而几乎不产生噪声。
OFDM减少干扰，失真和多径延迟消除了CDMA经验，需要额外的系统元件（如均衡器）来应对这个问题。这又降低了系统成本，复杂性和功耗。
挑战
OFDM的无线电组件被构建为以系统的峰值运行，而不是平均的功率使用。这消耗大量的电力，这是电池 -例如笔记本电脑和PDA。
当接收机的压控振荡器不像发射机的VCO完全相同的载波频率时，其他挑战包括相位失真，噪声和对频率不稳定性的敏感性。
OFDM变化
OFDM采用的一个主要障碍是有许多不兼容的版本，没有单一的标准。 （参见边栏“OFDM的许多风味”）例如，IEEE 802.11a和HiperLAN2实现不同的OFDM版本。
像其他多载波系统一样，OFDM在信号功率峰值和谷值之间有很大的差异。有很多方法来处理这个问题。例如，IEEE 802.11a实施OFDM限制功率输出，以减少能量消耗，如果数据丢失，则重传数据包。
然而，其他OFDM实现方式以不同的方式使用数字信号处理器来消除峰谷问题。因此，DSP不能相互通信，因此它们是不可见的。
许多公司使用自己的专有OFDM方法。
据市场研究公司Allied Business Intelligence的住宅和网络技术专家Navin Sabharwal介绍，这不是一个公认的事情。他认为，OFDM不需要标准化，因为它是一种根本的信号调制技术，供应商应该能够适应不同的应用。
OFDM论坛 - 硬件制造商，软件公司和其他无线OFDM用户的协会不同意。与其他技术一样，OFDM需要标准化，以便广泛使用，鼓励采用，从而扩大市场，Wi-LAN公司的首席科学家Shawn Taylor认为，OFDM创始人兼高速无线电厂商通讯产品。
展望未来
OFDM已经在WLAN中发挥重要作用，并开始使用MAN。在接下来的五年中，一些行业观察家 - 包括先锋咨询公司高级研究总监保罗·凯利特（Paul Kellett）预测，OFDM与CDMA之间将会出现宽带无线市场的主导地位。
然而，注意到In-Stat / MDR的Nogee，今天没有太多的战斗。尽管OFDM在某些领域具有技术优势，但他表示，技术是新一代的无线技术，而CDMA已经拥有1.5亿全球划分者。而且，他解释说，OFDM的工作方式与CDMA不同，所以用户不能简单地将其替换为现有的实现。
此外，Nogee说，尽管OFDM已经证明了基于分组的数据，但是尚不清楚该技术是否可以处理大量的语音客户，或者使用语音和数据以及CDMA。
因此，Allied商业智能高级分析师Edward Rerisi指出：“截至今天，我们知道没有主要的无线运营商正在为其移动数据传输解决方案提供OFDM平台。但有很多运营商正在进行CDMA。“
另一方面，Flarion的创始人兼首席技术官Rajiv Laroia预测OFDM将在4G移动网络中发挥重要作用。
Laroia表示：“无线系统最初用于电路语音，然后适用于数据，如3G，无法以成本有效的方式为移动用户提供整体互联网体验。”另一方面，他解释说，OFDM可以以更有吸引力的价格提高传输速度。
OFDM的诸多类型
（1）矢量OFDM
宽带硅供应商Broadcom和Cisco Systems开发了VOFDM。该系统采用空间分集技术，采用多径信号反射技术，通过特殊天线和信号处理来增加带宽和范围。它使用天线捕获信号和高功率处理，以将延迟误差化为更高吞吐量的数据流。 VOFDM最常用于固定无线城域网（MAN）。
（2）宽带OFDM
OFDM论坛称Wi-LAN的W-OFDM应该是标准版本。 W-OFDM不是使用紧密堆积的正交载波，而是在正交信道之间引入额外的频率空间。这进一步减少干扰，并允许对OFDM传输问题（如抖动）的更高容限。企业和无线互联网服务提供商正在城域网中使用W-OFDM，收发器往往在户外，需要更宽容的方法。
（3）F-OFDM
Flarion通过结合快速跳频扩频技术创建了F-OFDM，该技术在无线电传输期间重复地切换频率。该系统在比所需的更宽的频带上传输信号。这种能量在更广泛的频谱上将能量传播到更多数量的信道上，从而增加信号容量。 Flarion设计的F-OFDM正在进行现场测试，为手机和其他移动用户提供宽带服务。
（4）MIMO-OFDM
多输入多输出OFDM由Iospan Wireless开发。基本上，MIMO-OFDM使用OFDM来分解信号，并通过多个天线同时无线地传输片断。接收器随后重新组装件。 MIMO-OFDM允许提供商提供不需要发射机和接收机之间的视距的固定宽带无线接入系统。
在编码OFDM系统的信道估计中利用错误控制编码和循环前缀
摘 要
OFDM系统通常使用子信道上的编码和交织来利用频率选择信道上的频率分集。 本文介绍了一种低复杂度迭代算法，用于编码OFDM系统中的盲和半盲联合信道估计和软解码。 所提出的算法利用信道有限延迟扩展约束和循环前缀提供的额外观察。 它收敛在单个OFDM符号内，因此具有最小延迟。
关键词： 自适应均衡，盲信道估计，迭代检测，多载波传输。
引 言
OFDM是用于减轻频率选择性无线信道上码间干扰（ISI）的有效多载波调制技术。在接收机上估计信道可实现相干检测，与差分检测相比可节省3 dB，并允许使用更有效的多幅度信号。 OFDM系统通常使用子信道上的编码和交织来利用频率选择信道中的频率分集。然后尝试使用该编码信息来辅助如[1]所述的信道估计，其中解码的硬估计符号被使用。
盲信道估计技术允许更高的数据速率，因为它们消除了培训开销。所提出的大多数用于OFDM系统的盲估计技术[2]，[3]然而忽略了编码信息，因此通常需要大量的OFDM符号来实现对信道的充分准确的估计。这个要求不仅在系统中引入了显着的延迟，而且还将这些技术限制在缓慢变化的频道中。
本文提出了一种用于联合软解码和信道估计的迭代算法，其在单个OFDM符号内提供精确的盲或半盲信道估计。所提出的信道估计技术基于EM算法[4]，并在时域中进行，允许接收机利用信道长度约束和循环前缀提供的额外观测。
最近已经提出了利用编码信息的各种迭代盲信道估计技术[5]，[6]。这些技术大多数针对单载波系统，因此必须处理复杂的时域均衡。另一方面，由于循环前缀。
图1 编码OFDM系统模型
多载波系统中的均衡是微不足道的，使得自适应均衡技术在这些系统中更具吸引力。[7]提出了基于软解码的半盲（训练）迭代算法，用于检测未知信道和干扰环境中的空时块码。
系统符号
图1显示了本文中使用的系统模型和符号。 为了简化，我们假设每个子信道使用BPSK调制。 为了最小化算法的复杂性，系统使用具有发生器矩阵的4状态递归系统卷积（RSC）编码器，哪里是延迟算子。 为了最小化系统的等待时间，假设编码在单个OFDM符号上执行。 假设交织器是随机交织器。
令X = Qx为BPSK调制矢量，其中Q为N乘N DFT矩阵。 让成为的输出通道长度N V，其中是循环前缀观察的长度V，y是lengthF的剩余部分N，可以通过以下循环卷积获得：
其中h是信道脉冲响应，n是具有协方差矩阵的复加性白高斯噪声（AWGN）向量。 然后我们可以写:
其中，Y=Qy,N=Qn和H=Vh。其中V是由N乘L缩放的Q的第一列的L矩阵。 符号diag(a)表示由对角线上的向量a形成的对角矩阵。
我们假设h可以具有从0到V=L-1的L个非零复合抽头，并且在单个OFDM符号的周期内固定。
对于第n个OFDM符号，（2）可以被重写为:
OFDM符号的循环前缀观察可以被写为:
其中是当前和先前传输的OFDM符号和的循环前缀部分的以下toeplitz矩阵：
方程（4）和（5）可以组合为:
其可以以矩阵形式写成:
等式（8）表示总体输入/输出关系系统作为信道脉冲响应的函数。 我们提出了一种低复杂度迭代算法，质量次优解为以下联合最大值似然通道/数据估计问题：
迭代联合解码和通道估计
图2给出了所提出的迭代的框图算法在下面的步骤中简要描述。 由于噪音方差一般不会变化太快，为简单起见，我们会假设对于接收者来说是已知的。
bull;步骤1）查找初始通道估计，即简单地随机在不使用飞行员的盲人情况下，半盲的情况下可以获得:
其中是增益估计的L乘1向量。是均匀间隔的导频子信道
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