快速傅里叶变换算法(FFT)在无线通信系统正交频分复用(OFDM)结构中的重要作用

快速傅里叶变换算法（FFT）在无线通信系统正交频分复用（OFDM）结构中的重要作用

作者：郑严

来源：《数字化用户》2014年第02期

【摘要】OFDM（正交频分复用）技术是无线通信系统中应用非常广泛的技术之一，由于其高频谱效率、低信噪比、链路独立调制等优秀的特点，OFDM在第三代无线通信中也将得到非常广泛的应用。OFDM技术采取了多载波调制的思想，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到自信道上进行传输。为了减小信道带宽，正交频分复用技术必须采取傅里叶变换的算法实现各子载波之间相互正交，本文对傅里叶变换算法在正交频分复用复用技术上的应用做了较为详细的描述。

【关键词】正交频分复用傅里叶变换

OFDM（正交频分复用）技术已经发展了几十年，然而近几年这项技术被广泛的应用到现代通信系统中，如移动无线FM信道，高比特率数字用户线系统（HDSL），不对称数字用户线系统（ADSL），数字音频广播（DBA）系统等。IEEE802.11a通过了一个SGHz的无线局域网标准，其中OFDM调制技术被采用为物理层标准，使得传输速率可达54Mbps。欧洲电信组织（ETsl）的快带射频接入网的局域网标准也把OFDM定为它的调制标准技术。拥有我国自主知识产权的3G标准——TD-SCDMA提出的B3G/4G的目标是在高速移动环境下支持高达100Mb/s的下行数据传输速率，在室内和静止环境下支持高达1Gb/s的下行数据传输速率，而OFDM技术也将扮演重要的角色。

一个典型的OFDM系统如下图中所示，图一、图二分别为OFDM系统的发送端和接收端。在发送端，数据流先经过一个调制器进行QPSK或QAM的调制编码，然后经过一个快速傅里叶逆变换（IFFT）算法之后把数据变成多个相互正交的子载波，最后通过数模变换之后数据就成为基带信号可以发送了。接受端则是发送端的相反过程，值得注意的是，此时使用的是快速傅里叶变换（FFT），而发送端使用的是逆向的傅里叶变换。

IFFT是OFDM调制过程中最重要的一个步骤，每个IFFT输出的数据符号都是由所有子载波信号经过叠加而生成的，即对连续的多个经过调制的子载波的叠加信号进行抽样得到的。IFFT和FFT并不是信号在时域与频域中的转换过程，而仅仅代表了一种算法，通过这种算法，将OFDM数据中的每个子载波相互的正交起来，已达到在传输过程中，因为正交而相互独立传输的目的。

图三所示为整个OFDM系统IFFT/FFT的应用图示。可以看到，此图中为n=4的傅里叶变换，也就是说有四个相互独立的子载波，经过逆、正变换之后，信号恢复到原来的星座图状态，四个正交的子载波依然完好，可以被解调出来。

基于FFT的OFDM快速算法，也大大简化了其硬件的复杂性，使得应用更加广泛。并且可以较为简单的实现均衡，因为此时只需对每个子载波的数据做均衡，而每个子载波上的数据经受的是无线信道上的平坦衰落，因此能够实现自适应调制与编码，自适应调制的OFDM系统可以毛组多媒体数据传输的需求。

总之，基于IFFT/FFT算法产生的正交频分复用技术OFDM利用相互正交的多个子载波束传送信息，具有高的频谱利用率和良好的抗多径干扰能力，已经被应用与数字音频广播、高清晰度电视和无线局域网等方面，并被看做是第四代移动通信的核心技术之一。本文系统的论述了IFFT/FFT算法在OFDM系统中所起到的作用，以及IFFT/FFT算法在OFDM系统中的实现过程。

参考文献：

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