OFDM移動(dòng)通信技術(shù)原理與應(yīng)用分析

范莉花

摘 要：現(xiàn)代通信系統(tǒng)中移動(dòng)通信技術(shù)是重要的部分，OFDM在無線通信中得到了較好的引用，尤其是近些年來備受關(guān)注。文章主要分析了OFDM的基本原理及相關(guān)技術(shù)，探討了其在無線通信系統(tǒng)中的具體應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：OFDM；移動(dòng)通信技術(shù)；原理

隨著現(xiàn)代移動(dòng)通信技術(shù)的不斷發(fā)展，通信系統(tǒng)得到了很大的發(fā)展，尤其是近些年來現(xiàn)代信息技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，人們也更加重視研究多載波調(diào)制技術(shù)。正交頻分復(fù)用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）技術(shù)也是在現(xiàn)代信息技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，主要是在數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的基礎(chǔ)上對(duì)數(shù)字傳輸方式的研究，該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用開始于20世紀(jì)60年代，到了70年代人們采用傅氏變換實(shí)現(xiàn)多載波調(diào)制，該項(xiàng)技術(shù)也從研究階段逐漸走向?qū)嵱秒A段。20世紀(jì)以來，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)得到了發(fā)展，高速信息化的建設(shè)，帶動(dòng)了正交頻分復(fù)用技術(shù)的深入發(fā)展。

1 多載波調(diào)制分析

無線電信號(hào)在移動(dòng)信道中會(huì)有不同程度的衰減和損害，這些損害主要包括：（1）信號(hào)的傳輸距離決定了其在空間的傳播損耗；（2）在傳播環(huán)境中地形變化、建筑物或者其他障礙物會(huì)對(duì)電波產(chǎn)生遮蔽作用，帶來的信號(hào)衰落現(xiàn)象；（3）因信號(hào)在傳輸中出現(xiàn)的直射、反射或者是折射現(xiàn)象，從而出現(xiàn)不同路徑的傳播，多徑移動(dòng)信道中存在擴(kuò)展的現(xiàn)象，在傳播中，傳播損耗和陰影的衰落會(huì)影響到無線區(qū)域的覆蓋，采取合理的設(shè)計(jì)措施能減少其對(duì)信號(hào)傳播帶來的不利影響，多徑衰落如果出現(xiàn)嚴(yán)重的問題，會(huì)影響到整個(gè)信號(hào)的傳播質(zhì)量，解決這些問題多采用的是多載波調(diào)制技術(shù)[1]。多載波調(diào)制時(shí)，一般將傳輸?shù)母咚贁?shù)據(jù)分解成低速率的多個(gè)數(shù)據(jù)流，且用這些數(shù)據(jù)流調(diào)制多個(gè)載波。多載波調(diào)制中，子信道中的數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾室矔?huì)降低，同時(shí)會(huì)增加信號(hào)波形的周期，多載波調(diào)制可以經(jīng)過多種技術(shù)措施來實(shí)現(xiàn)，OFDM技術(shù)是該項(xiàng)研究中的重點(diǎn)。

2 OFDM系統(tǒng)

近些年來，OFDM系統(tǒng)在發(fā)展中得到了越來越多的關(guān)注，究其原因，這主要是因?yàn)镺FDM系統(tǒng)具有較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。但是在發(fā)展研究中，需要對(duì)OFDM整個(gè)系統(tǒng)的發(fā)展做全面的分析，了解其優(yōu)勢(shì)和不足。

2.1 優(yōu)勢(shì)

（1）該系統(tǒng)能將高速數(shù)據(jù)流運(yùn)用串并進(jìn)行轉(zhuǎn)換，讓每一個(gè)子載波上的數(shù)據(jù)符號(hào)持續(xù)長(zhǎng)度相對(duì)增加，這樣能很大程度上減小無線信道的時(shí)間，這樣也能有效減小接受機(jī)內(nèi)均衡發(fā)展的復(fù)雜程度，有的時(shí)候不需要采用均衡器，采用循環(huán)前綴的方法，消除其帶來的不利影響。

（2）傳播的頻分多路傳輸中，可以把頻帶分為多個(gè)不相交的子信道傳輸并行的數(shù)據(jù)流，在接收端用濾波器分離子信道。這種技術(shù)措施主要是簡(jiǎn)單和直接，但是對(duì)頻譜的利用率比較低，子信道之間需要留下充足的保護(hù)頻帶，但是多個(gè)濾波器實(shí)現(xiàn)中也存在一定的困難。在OFDM系統(tǒng)中，子載波之間存在正交性，可以允許子信道的頻譜出現(xiàn)相互重疊的現(xiàn)象，因此，系統(tǒng)和常規(guī)的頻道相比，OFDM系統(tǒng)能更好更充分地利用頻譜資源。

（3）在子信道中，正交調(diào)制和解調(diào)可以采用離散傅里葉逆變換（Inverse Discrete Fourier Transform，IDFT）等方法實(shí)現(xiàn)，對(duì)于比較龐大的數(shù)據(jù)流，一般可以采用快速傅里葉變換（Fast Fourier Transform，F(xiàn)FT）實(shí)現(xiàn)，大規(guī)模的集成電路技術(shù)，技術(shù)措施比較容易實(shí)現(xiàn)。

（4）無線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)一般存在不對(duì)稱性，也就是下行鏈路中傳輸?shù)臄?shù)量一般要比上行鏈路中的數(shù)據(jù)傳輸量更大，如在網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)頁(yè)瀏覽、文件下載等，同時(shí)，移動(dòng)終端的功率一般會(huì)小于1 W，在大蜂窩環(huán)境下，傳輸速度比較低，基站發(fā)送公路一般比較大，可能提供較快的傳輸速率。因此，從用戶的使用角度和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展角度，或者是移動(dòng)通信系統(tǒng)自身的角度來看，都需要借助物理層來支持非對(duì)稱性的高速數(shù)據(jù)的傳輸，OFDM系統(tǒng)可以更好地借助使用不同數(shù)量的子信道，從而確保上行鏈路和下行鏈路中不同傳輸速率的出現(xiàn)。

（5）因無線信道對(duì)頻率選擇性比較強(qiáng)，不是所有的子載波都可以同時(shí)處在比較深的衰落中，因此，能通過動(dòng)態(tài)比特分配或動(dòng)態(tài)子信道分配的方法，充分借助信號(hào)比較高的子信道，從而提升整個(gè)系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性，對(duì)用戶系統(tǒng)來講，可能對(duì)一個(gè)用戶來講其不實(shí)用的子信道，但是對(duì)其他用戶來講能是比較好的一個(gè)子信道，因此，如果一個(gè)子信道不是對(duì)所有的用戶都無法使用，則不需要關(guān)閉這個(gè)子信道，但是一般不會(huì)出現(xiàn)所有子信道都不合適的概率。

（6）OFDM系統(tǒng)中，對(duì)多種接入方法的限制比較少，很容易和不同的多種方法結(jié)合進(jìn)行使用，從而構(gòu)成OFDMA系統(tǒng)，這其中包括多載波分多址、調(diào)頻等，能確保多個(gè)用戶同時(shí)借助OFDM技術(shù)進(jìn)行信息的傳遞[2-4]。

2.2 缺點(diǎn)

2.2.1 容易受到頻率偏差的影響

因子信道的頻譜會(huì)出現(xiàn)相互覆蓋的問題，這樣對(duì)子信道之間的正交性提出了比較嚴(yán)格的要求，然而因無線信道的存在，具有變化性，在傳輸中，會(huì)存在無線信號(hào)和頻率的偏移問題，因發(fā)射機(jī)載波頻率和接收機(jī)本地振蕩器之間的頻率存在偏差，會(huì)使該系統(tǒng)子載波之間正交性存在破壞問題，最終引起子信道之間的信號(hào)出現(xiàn)互相干擾的現(xiàn)象，這也是該系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)。

2.2.2 存在比較高的峰值平均功率化

和單載波系統(tǒng)比較起來，多載波調(diào)制系統(tǒng)的輸出一般是子信道信號(hào)的疊加，因此多個(gè)信號(hào)的相位出現(xiàn)一致的情況，這種疊加信號(hào)所產(chǎn)生的功率會(huì)遠(yuǎn)高于信號(hào)的平均功率，最終出現(xiàn)比較高的峰值平均功率比，這就對(duì)發(fā)射機(jī)內(nèi)部放大器的線形提出了更高的要求，放大器的動(dòng)態(tài)范圍如果不能適應(yīng)信號(hào)的變化，這樣會(huì)對(duì)信號(hào)傳輸產(chǎn)生很大的影響甚至是畸變，也導(dǎo)致疊加信號(hào)的頻譜發(fā)生很大的變化，引起子信道信號(hào)的正交性受到破壞，從而產(chǎn)生干擾，帶來系統(tǒng)的惡性循環(huán)[5]。

3 OFDM技術(shù)的應(yīng)用

OFDM技術(shù)起初主要是應(yīng)用在軍事高頻傳輸中，在多年的發(fā)展中，逐漸被應(yīng)用在多個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展中且發(fā)揮著重要的作用，新的發(fā)展階段，該項(xiàng)技術(shù)的研究也備受重視，人們?cè)絹碓街匾晫?duì)該項(xiàng)技術(shù)發(fā)展和實(shí)際應(yīng)用的分析，且逐漸滲透到社會(huì)發(fā)展的多個(gè)領(lǐng)域。

3.1 數(shù)字音頻廣播

數(shù)字音頻廣播的發(fā)展是近些年來，在調(diào)頻調(diào)幅之后新的廣播體制，主要是借助OFDM調(diào)制技術(shù)，對(duì)傳統(tǒng)的無線廣播應(yīng)用效果進(jìn)行探討，這些與傳統(tǒng)的調(diào)頻調(diào)幅廣播相比，具有覆蓋面更廣泛，音頻品質(zhì)更加優(yōu)良的優(yōu)點(diǎn)，以免多路的廣播受到干擾，頻譜和功率較高的特點(diǎn)，這項(xiàng)技術(shù)在我國(guó)已經(jīng)得到了良好的應(yīng)用發(fā)展，已經(jīng)逐漸取代了傳統(tǒng)的調(diào)頻廣播。

3.2 高清晰度的電視

當(dāng)前電視信息技術(shù)的發(fā)展中，全數(shù)字高清晰度的電視傳輸系統(tǒng)調(diào)制技術(shù)中，采用OFDM技術(shù)，能有效提升對(duì)頻譜的利用率，從而提升信號(hào)抗干擾的能力，進(jìn)而更好地滿足電視傳輸?shù)囊?。能有效抵抗地面?zhèn)鬏斨械母鞣N干擾，這也被越來越多的國(guó)家認(rèn)可，我國(guó)在傳輸方案的設(shè)計(jì)和計(jì)算模擬中，也完成了系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)。

3.3 移動(dòng)通信技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展

OFDM技術(shù)和現(xiàn)代多種信息技術(shù)的發(fā)展結(jié)合，如與現(xiàn)代計(jì)算機(jī)處理技術(shù)，信道編碼技術(shù)等多種技術(shù)，從而能有效對(duì)抗信號(hào)串?dāng)_的干擾，能將多載波技術(shù)和其他信息技術(shù)結(jié)合，一方面能簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)備，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和系統(tǒng)的整體性能，另一方面能有效抵抗外界因素對(duì)信號(hào)的干擾，這樣才能更好地推動(dòng)移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展和更廣泛的應(yīng)用[6-8]。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷發(fā)展，信息技術(shù)時(shí)代已經(jīng)到來，信息的傳輸和發(fā)展在現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展中發(fā)揮著重要的作用，人們生活水平的不斷提升，人們對(duì)通信技術(shù)的需求也越來越高，移動(dòng)通信技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代通信技術(shù)中不可忽視的重要部分，現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展研究，要結(jié)合移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展歷史，充分了解通信技術(shù)當(dāng)前發(fā)展的特點(diǎn)和現(xiàn)狀，積極建設(shè)移動(dòng)通信新體制，在此基礎(chǔ)上通過不同的方法解決高速信息流在無線信道中的傳輸問題，加強(qiáng)對(duì)關(guān)鍵技術(shù)的分析，為更多樣的媒介業(yè)務(wù)和更快的網(wǎng)絡(luò)瀏覽提供更多的技術(shù)支持，從而更好地推動(dòng)移動(dòng)通信技術(shù)在更多范圍內(nèi)的有效應(yīng)用。

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