程翰林

摘 要：無(wú)線通信最根本的要求和目標(biāo)是信號(hào)在無(wú)線信道中能夠可靠、高速的傳輸，為了滿足這一需求，各種新型通信技術(shù)不斷涌現(xiàn)出來(lái)，OFDM技術(shù)的出現(xiàn)能夠有效減少無(wú)線通信過(guò)程中經(jīng)常遇到的衰落、干擾及噪聲對(duì)信號(hào)產(chǎn)生的影響，從而大幅度提高無(wú)線通信系統(tǒng)的信道容量與傳輸速率?；诖?，OFDM技術(shù)在民用與軍用無(wú)線通信領(lǐng)域得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：無(wú)線通信；OFDM技術(shù)；應(yīng)用

中圖分類號(hào)： TN914 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1673-1069（2017）05-175-2

0 引言

OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）正交頻分復(fù)用技術(shù)是一種多載波信號(hào)傳輸技術(shù)，由于其在具體應(yīng)用的過(guò)程中能夠增強(qiáng)系統(tǒng)抗干擾能力、提高傳輸?shù)挠行院涂煽啃?，近年?lái)成為無(wú)線通信領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用的新型技術(shù)，優(yōu)勢(shì)顯著。本文對(duì)這種無(wú)線通信新技術(shù)展開研究，分析OFDM技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用。

1 無(wú)線通信新技術(shù)OFDM發(fā)展概況

作為近年來(lái)興起的一種無(wú)線通信新技術(shù)，OFDM具備較強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。在技術(shù)水平日新月異的今天，OFDM卻能憑借自身優(yōu)勢(shì)在無(wú)線通信領(lǐng)域占據(jù)一席之地，引起了相關(guān)行業(yè)的廣泛關(guān)注。下面對(duì)OFDM技術(shù)的基本概念、特點(diǎn)進(jìn)行闡述和總結(jié)，分析其優(yōu)勢(shì)所在，并對(duì)其發(fā)展歷程進(jìn)行概述，為進(jìn)一步研究其應(yīng)用價(jià)值奠定基礎(chǔ)。

1.1 OFDM技術(shù)基本介紹

在各類通信環(huán)境當(dāng)中，符號(hào)間干擾、多經(jīng)效應(yīng)及頻率選擇性衰落都將導(dǎo)致誤碼的產(chǎn)生，致使傳輸效率的降低，在傳統(tǒng)通信手段中往往要為此付出較大代價(jià)，且收效甚微。近年來(lái)，隨著數(shù)字廣播、寬帶接入與移動(dòng)通信需求的不斷增加，為了滿足這種需求，專家學(xué)者展開了全面而深入的研究，一種全新的技術(shù)手段——OFDM技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。OFDM正交頻分復(fù)用技術(shù)作為一種多載波數(shù)字調(diào)制技術(shù)，與單載波技術(shù)不同，它的基本思想是將一個(gè)高速串行數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換為多路低速并行數(shù)據(jù)流，在多個(gè)帶寬小于相干帶寬且相互正交的窄帶子信道上并行傳輸，目的是使每一個(gè)子信道上的信道衰落特性變成平坦衰落，因而有效避免了窄帶干擾和頻率選擇性衰落，大大提高了抗衰落能力和頻譜利用率[1]。

1.2 OFDM基本特點(diǎn)

OFDM技術(shù)之所以被廣泛應(yīng)用，與其所表現(xiàn)出的特點(diǎn)具有一定關(guān)系：其一，OFDM技術(shù)有很強(qiáng)的抗干擾性，尤其是抗窄帶干擾性，在信號(hào)受到嚴(yán)重干擾的情況下依舊能保持較強(qiáng)的數(shù)據(jù)穩(wěn)定性與傳輸能力，OFDM技術(shù)對(duì)通信介質(zhì)特性進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并自適應(yīng)控制載波的通斷，以保證通信質(zhì)量；其二，OFDM技術(shù)有很高的頻譜利用率，能夠在較小的帶寬條件下完成較大數(shù)據(jù)的傳輸；其三，OFDM技術(shù)能有效對(duì)抗頻率選擇性衰落，由于采用多載波同時(shí)傳輸，某個(gè)或某幾個(gè)子信道的衰落并不會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成太大影響；其四，OFDM技術(shù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，方便實(shí)現(xiàn)[2]。

1.3 OFDM產(chǎn)生與發(fā)展

OFDM的思想最早產(chǎn)生于60年代，在該技術(shù)提出之后由于當(dāng)時(shí)的歷史條件方面的限制，運(yùn)用模擬濾波器實(shí)現(xiàn)起來(lái)的系統(tǒng)復(fù)雜度較高，導(dǎo)致發(fā)展受到阻礙；70年代，S.B.Weinstein 提出運(yùn)用離散傅里葉變換（DFT）實(shí)現(xiàn)多載波調(diào)制，這一研究?jī)?nèi)容為OFDM技術(shù)的發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)了理論基礎(chǔ)，也為其具體實(shí)現(xiàn)提供了依據(jù)；80年代，L.J.Cimini 率先分析了有關(guān)于OFDM技術(shù)在移動(dòng)通信中應(yīng)用存在的問題與解決方法，至此之后，OFDM技術(shù)在通信領(lǐng)域方面的具體應(yīng)用逐漸得到重視，如火如荼地發(fā)展起來(lái)[3]。

2 OFDM技術(shù)在無(wú)線通信中的應(yīng)用分析

當(dāng)前無(wú)線通信領(lǐng)域已經(jīng)處于一個(gè)高度發(fā)展的狀態(tài)，無(wú)論是數(shù)字廣播、無(wú)線接入還是移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)都向著高速、寬帶的方向前進(jìn)，伴隨著OFDM技術(shù)的加入，系統(tǒng)性能在不斷提高。

2.1 OFDM技術(shù)在數(shù)字廣播系統(tǒng)中的應(yīng)用

目前，OFDM技術(shù)已經(jīng)被大多數(shù)字廣播系統(tǒng)采用，作為其物理層標(biāo)準(zhǔn)，如韓國(guó)的T-DMB系統(tǒng)、日本的ISDB系統(tǒng)、歐洲的DAB系統(tǒng)、DVB系列等等，其中，DAB標(biāo)準(zhǔn)由歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)首次提出，它是首次采用OFDM的標(biāo)準(zhǔn)。DMB系統(tǒng)由DAB發(fā)展而來(lái)，在DAB的基礎(chǔ)上加入了多媒體功能，能在高速移動(dòng)中傳輸清晰的圖像。OFDM技術(shù)憑借自身優(yōu)勢(shì)能夠有效緩解多徑時(shí)延擴(kuò)展問題，滿足單頻組網(wǎng)（SFN）的要求，使整個(gè)系統(tǒng)的頻譜利用率得以提高，以此成為OFDM技術(shù)在數(shù)字廣播系統(tǒng)中應(yīng)用的催化劑。

但需要特別注意的問題有三點(diǎn)，第一是在SFN中，不同發(fā)射機(jī)之間存在頻偏和時(shí)偏，不但使接收信號(hào)之間喪失了正交性，還縮短了接收信號(hào)的保護(hù)間隔，無(wú)法對(duì)抗多普勒頻移，因此，必須保證發(fā)射機(jī)間的時(shí)偏在保護(hù)間隔的10%以內(nèi)，頻偏在子載波間隔的1%以內(nèi)，建議使用GPS或北斗授時(shí)使兩地時(shí)鐘同步，即可解決問題。第二是由于不同發(fā)射機(jī)所在位置不同，到達(dá)接收機(jī)存在路徑差，這個(gè)差值會(huì)使不同發(fā)射機(jī)發(fā)出的信號(hào)到達(dá)接收機(jī)存在時(shí)間差，但只要兩個(gè)信號(hào)的傳播時(shí)延小于OFDM符號(hào)的循環(huán)前綴，就不會(huì)出現(xiàn)符號(hào)間干擾和信道間干擾，而且還能獲得分集接收的好處。第三是接收機(jī)內(nèi)的本振波動(dòng)或多普勒頻移的影響是系統(tǒng)無(wú)法忽視的，這就需要子載波之間保持一定的頻率間隔，為了盡量減小由此造成的子載波間干擾，需要保證多普勒頻移遠(yuǎn)小于子載波間隔[4]。

2.2 OFDM技術(shù)在寬帶無(wú)線接入中的應(yīng)用

在民用領(lǐng)域，以O(shè)FDM為基礎(chǔ)的WiMAX寬帶技術(shù)經(jīng)歷了迅猛的發(fā)展，已經(jīng)被國(guó)際電信聯(lián)盟納入移動(dòng)設(shè)備的全球標(biāo)準(zhǔn)體系之中。采用WiMAX的空中接口標(biāo)準(zhǔn)，為數(shù)據(jù)的傳輸效率與網(wǎng)絡(luò)吞吐量提供保障。對(duì)于WiMAX而言，其物理層有OFDM物理層和OFDMA物理層兩種實(shí)現(xiàn)方式。OFDM物理層的載波個(gè)數(shù)為256個(gè)，這256個(gè)載波只能為同一個(gè)用戶并行傳輸數(shù)據(jù)，且上下行鏈路的復(fù)用方式不同，分別采用TDMA和TDM；而OFDMA物理層可以支持128-2048點(diǎn)的FFT點(diǎn)數(shù)，使載波帶寬可以在1.25MHz-20MHz之間調(diào)節(jié)，以適應(yīng)不同地區(qū)的需求，同時(shí)載波集可以分為多個(gè)載波子集分配給多個(gè)接收機(jī)使用，以實(shí)現(xiàn)多路訪問[5]。

在軍用領(lǐng)域，信息戰(zhàn)作為現(xiàn)代化戰(zhàn)爭(zhēng)的主要組成部分，對(duì)軍用無(wú)線接入提出了更高的要求。信息高效可靠地傳輸是制勝的關(guān)鍵，這就少不了OFDM技術(shù)的加入。OFDM技術(shù)憑借其有效對(duì)抗干擾、衰落、時(shí)延擴(kuò)展及靈活的子載波分配調(diào)度能力，展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。

2.3 OFDM技術(shù)在移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用

隨著移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，未來(lái)業(yè)務(wù)將以包含數(shù)據(jù)、語(yǔ)音、視頻等大量信息的高質(zhì)量多媒體業(yè)務(wù)為主，且傳輸速率將越來(lái)越高、傳輸帶寬將越來(lái)越大，這需要一系列關(guān)鍵技術(shù)的支持，以追求高速、高QoS，這就必須增強(qiáng)抗衰落、抗干擾能力、提高頻譜利用率，迫切需要OFDM作為物理層的調(diào)制技術(shù)。對(duì)于移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)而言，其信號(hào)在傳輸中主要有三種衰落方式，用戶位置快速移動(dòng)導(dǎo)致的時(shí)間選擇性衰落、傳播過(guò)程中波束角擴(kuò)散所引發(fā)的空間選擇性衰落以及引起頻率選擇性衰落[6]。 4G作為第四代通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)際上是以O(shè)FDM技術(shù)為核心的通信網(wǎng)絡(luò)，采用了多種新型的網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，之所以應(yīng)用OFDM技術(shù)，主要是其抗干擾能力較強(qiáng)，信號(hào)傳輸效果較好，符合移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)幕疽?。在通信網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸中，傳統(tǒng)頻分復(fù)用的缺點(diǎn)就是網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)念l譜利用率較低。子載波數(shù)量較多時(shí)，將導(dǎo)致通信網(wǎng)絡(luò)擁塞，速率降低。OFDM技術(shù)有效克服了這一缺點(diǎn)，得以廣泛應(yīng)用。

2.4 OFDM技術(shù)在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)融合中的應(yīng)用

移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的信息服務(wù)領(lǐng)域已經(jīng)逐漸被拓寬，在原有基本語(yǔ)音業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)之上，不斷加入豐富的業(yè)務(wù)，如視頻通話、在線多媒體等，這就對(duì)數(shù)據(jù)的傳輸效率提出較高的要求。從目前的實(shí)際應(yīng)用情況來(lái)看，當(dāng)前4G網(wǎng)絡(luò)條件下傳輸效率已經(jīng)得到明顯提升，OFDM技術(shù)優(yōu)勢(shì)也表現(xiàn)了出來(lái)。固定網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)速也越來(lái)越快，并向著移動(dòng)化發(fā)展。廣播電視同樣進(jìn)入了信息服務(wù)時(shí)代，傳統(tǒng)的單向傳輸?shù)碾娨晿I(yè)務(wù)已不能滿足現(xiàn)今交互應(yīng)用的需求?？梢姡W(wǎng)融合已是大勢(shì)所趨。

要傳輸高質(zhì)量視頻、實(shí)現(xiàn)互動(dòng)功能靠單一網(wǎng)絡(luò)是很難辦到的，在未來(lái)的發(fā)展中，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)、固定網(wǎng)絡(luò)、廣電網(wǎng)絡(luò)三網(wǎng)融合已經(jīng)成為必然的發(fā)展趨勢(shì)，也必將帶來(lái)三網(wǎng)傳輸技術(shù)的融合，OFDM技術(shù)作為多種技術(shù)的基礎(chǔ)，將有利于三網(wǎng)融合的實(shí)施，加速無(wú)線網(wǎng)絡(luò)融合的實(shí)現(xiàn)。

3 結(jié)論

綜上所述，作為一種新型無(wú)線通信技術(shù)手段，OFDM技術(shù)憑借其自身優(yōu)秀的抗干擾、抗多徑能力及高頻譜利用率、靈活子載波分配等特點(diǎn)，能夠適應(yīng)不同的環(huán)境要求，保證信號(hào)有效、可靠地傳輸，其伴隨著通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展而成長(zhǎng)，具有極為廣闊的發(fā)展前景。

參 考 文 獻(xiàn)

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