正交頻分復(fù)用技術(shù)及其在4G移動通信中的應(yīng)用

康殿柱

摘要：正交頻分復(fù)用（OFDM）技術(shù)是一種多載波數(shù)字調(diào)制技術(shù)，它廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，值得注意的是，正交分頻復(fù)用（OFDM）技術(shù)以其頻譜資源利用充分、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)在4G移動通信中發(fā)揮著重要的作用。對此，本文首先對正交頻分復(fù)用技術(shù)的基本原理進(jìn)行闡述，再分析正交頻分復(fù)用技術(shù)運(yùn)用的優(yōu)勢，最后介紹了正交頻分復(fù)用技術(shù)在4G移動通信中的應(yīng)用，通過對正交頻復(fù)用技術(shù)以及其應(yīng)用的探討，以期對未來正交頻分復(fù)用技術(shù)的發(fā)展能起到一定的促進(jìn)作用。

關(guān)鍵詞：正交頻分復(fù)用；頻譜資源；4G移動通信；應(yīng)用

中圖分類號：TN914 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）07-0040-02

移動通信技術(shù)在科學(xué)技術(shù)的推動下得到了很大的發(fā)展，人們對于更高數(shù)據(jù)傳輸速度以及更大容量的帶寬要求對移動通信技術(shù)起到了很大的推動作用，第四代移動通信（4G）系統(tǒng)正是在這種背景下經(jīng)過長時(shí)間研究、探索而產(chǎn)生的。4G移動通信以其高速的信息傳輸速率為人們工作生活提供了便利之處，正交分復(fù)用分頻（OFDM）技術(shù)具有許多對于4G通信技術(shù)非常適用的優(yōu)點(diǎn)，它是作為4G移動通信的核心技術(shù)而存在的，在4G移動通信技術(shù)中發(fā)揮著不可替代的作用。因此，對OFDM技術(shù)及其在4G移動通信中的應(yīng)用的研究與探討具有非常重要的意義。

1 正交頻分復(fù)用技術(shù)基本原理

正交頻分復(fù)用（OFDM）技術(shù)是一種能對多個(gè)子載波進(jìn)行自動調(diào)制的技術(shù)，它的基本原理是將串行的高速數(shù)據(jù)流通過變換處理轉(zhuǎn)換成多路并行的低速數(shù)據(jù)流，然后通過對子載波的調(diào)制實(shí)現(xiàn)所有路并行數(shù)據(jù)的并行傳輸，更深入一點(diǎn)來說，也就是高速的信息數(shù)據(jù)流在進(jìn)過變換后，轉(zhuǎn)換為在多個(gè)子信道中的低速傳輸?shù)男畔?shù)據(jù)流，由于信息數(shù)據(jù)流在每個(gè)子信道上進(jìn)行的是窄帶傳輸，因此它的信道帶寬與信號帶寬相比要大一些，這就為消除信號波形之間的干擾提供了最大程度的保障。OFDM的基本原理如圖1所示。

2 正交頻分復(fù)用技術(shù)運(yùn)用的優(yōu)勢

基于正交頻分復(fù)用技術(shù)的原理，其在運(yùn)用中的優(yōu)勢有以下幾點(diǎn)：

（1）信號的抗多徑干擾能力強(qiáng)：時(shí)延擴(kuò)展對信道在傳輸信號時(shí)的質(zhì)量會有較大的影響，它會造成信號的失真和干擾。OFDM技術(shù)采用的調(diào)制方式是對多個(gè)子載波進(jìn)行調(diào)制，它是通過將信道劃分為多個(gè)子信道來實(shí)現(xiàn)的，由于數(shù)據(jù)信息流在每個(gè)子信道中低速傳輸，所以很大程度上減少了信號的多徑干擾，對傳輸?shù)男盘栠M(jìn)行了有效的保護(hù)。除此之外，OFDM技術(shù)采用了添加循環(huán)前綴的方法，相鄰碼元之間的保護(hù)隔離使相鄰碼元之間的距離增大，這種方法對于碼元之間的干擾的減小起到了很好的作用。

（2）抗頻率選擇性衰落能力強(qiáng)：OFDM技術(shù)采用的是子載波傳輸信息，子載波傳輸?shù)乃俾瘦^低，每一路子載波的帶寬比相關(guān)帶寬小，從而避免了因載波帶寬大于相干帶寬時(shí)出現(xiàn)的隨載波頻率變化而變化的頻率選擇性衰落。為了適應(yīng)目前的信息傳輸速率，往往會不斷增加信號帶寬而提高信號傳輸速率，但是這樣就使頻率選擇性衰落變得更強(qiáng)，OFDM技術(shù)的應(yīng)用很好地解決了這個(gè)問題，確保頻率選擇性衰落的抵抗能力更強(qiáng)。

（3）頻譜資源的利用率較高：傳統(tǒng)的頻分復(fù)用（FDM）技術(shù)采用的是互相不重疊的子信道進(jìn)行信息的多路傳輸，各個(gè)子信道之間留有用來進(jìn)行分隔的未被中分利用的防護(hù)頻段，因此頻譜的利用不充分。OFDM技術(shù)的沒路子載波相互正交重疊，且沒有FDM技術(shù)中的防護(hù)頻段，因此OFDM技術(shù)中的頻譜資源利用率較高。OFDM技術(shù)與FDM技術(shù)頻譜資源利用率對比如圖2所示。

（4）支持非對稱業(yè)務(wù)：所謂非對稱是指下行鏈路中的傳輸速率大于上行鏈路中的傳輸速率，由于OFDM采用的是多個(gè)子信道進(jìn)行信息傳輸，而各個(gè)子信道的傳輸速率可以不同，這就實(shí)現(xiàn)了一般的無線業(yè)務(wù)需求的高速率非對稱業(yè)務(wù)的傳輸。

（5）靈活性高：OFDM技術(shù)由于采用的是多個(gè)子信道傳輸數(shù)據(jù)信息，每路子載波的調(diào)制方式都可以根據(jù)各個(gè)子載波所在子信道的特性自動調(diào)整，并且每路子載波的調(diào)制方式都與其所在子信道特性有關(guān)，因此各不相同，具有較好的靈活性。

（6）可擴(kuò)展性較好：OFDM技術(shù)與其他多址方式結(jié)合使用較為容易，例如與TDMA、MIMO、FDMA相結(jié)合成的OFDM-TDMA、MIMO-OFDM、OFDMA，這使得多個(gè)用戶可以同時(shí)使用OFDM技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)信息傳輸，可擴(kuò)展性較好。

（7）適合高速數(shù)據(jù)傳輸：OFDM技術(shù)可以使子載波通過區(qū)分新到的不同自行選擇相應(yīng)的調(diào)制方式，信道條件在較優(yōu)和較差的條件下可以選擇不同的調(diào)制方式，信道較優(yōu)時(shí)為了獲得最大頻譜效率而選擇較高階的調(diào)制，當(dāng)信道較差時(shí)為了確保信噪比可以選擇抗干擾能力較強(qiáng)的低階調(diào)制，除此之外，OFDM技術(shù)采用的算法為加載法，這種算法能夠激昂大量的數(shù)據(jù)集中起來放在較優(yōu)的信道上高速傳輸出去。這些特點(diǎn)都說明了OFDM技術(shù)非常適合高速數(shù)據(jù)的傳輸，我們的4G移動通信技術(shù)也利用了它高速傳輸?shù)奶攸c(diǎn)，取得了很好的效果。

3 正交頻分復(fù)用技術(shù)在4G移動通信中的應(yīng)用

第四代移動通信（4G）系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)包括以下這些：（1）信息調(diào)制和傳輸技術(shù)；（2）高速的抗干擾性強(qiáng)接入技術(shù)；（3）低成本、高性能、小型化、自適應(yīng)陣列的智能天線技術(shù)；（4）大容量且低成本的光接口和無線接口技術(shù)；（5）系統(tǒng)資源管理技術(shù)；（6）軟件結(jié)構(gòu)技術(shù)以及軟件無線電技術(shù)。

但是正交頻分復(fù)用（OFDM）技術(shù)被認(rèn)為才是4G移動通信的核心技術(shù)，在4G移動通信中發(fā)揮著非常重要的作用。

4G移動通信相比3G移動通信的特點(diǎn)是大大提高數(shù)據(jù)速率，而移動通信在提高數(shù)據(jù)速率時(shí)面臨多徑信道時(shí)延擴(kuò)展的制約，這是因?yàn)樾诺赖膸捜绻陀跀?shù)據(jù)速率，那么信號傳輸將會失真，信號傳輸質(zhì)量嚴(yán)重下降。OFDM技術(shù)以其頻譜利用率高、抗干擾能力強(qiáng)、抗頻率選擇性衰落能力強(qiáng)等特點(diǎn)為4G移動通信數(shù)據(jù)傳輸速率的提高提供了關(guān)鍵的技術(shù)，因此OFDM是被認(rèn)為4G移動通信的核心技術(shù)。

4 結(jié)論與展望

正交頻分復(fù)用（OFDM）技術(shù)優(yōu)點(diǎn)很多，它的抗干擾能力、頻譜利用率、抗頻率選擇性衰落能力等等都是非常好的，因此正交頻分復(fù)用技術(shù)逐漸得到了包括移動通信在內(nèi)的許多領(lǐng)域的認(rèn)可，尤其在移動通信領(lǐng)域中，它是作為4G移動通信的核心技術(shù)而存在的，因此它發(fā)揮著的作用是其他技術(shù)不能相比的。但是正交頻分復(fù)用技術(shù)也存在一些缺點(diǎn)，這些缺點(diǎn)使得OFDM技術(shù)還需要進(jìn)行深入的研究，近年來，隨著4G移動通信的發(fā)展，對于正交頻分復(fù)用技術(shù)的研究越來越深入，相信該技術(shù)的未來發(fā)展及應(yīng)用領(lǐng)域會越來越廣。

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