OFDM-第四代移動通信核心技術(shù)綜述

　　論文關(guān)鍵詞： OFDM 同步技術(shù) 導(dǎo)頻 信道估計
　　論文摘要：OFDM技術(shù)被認(rèn)為是第4代移動通信的核心技術(shù)。本文從OFDM技術(shù)的發(fā)展，基本原理，關(guān)鍵技術(shù)，優(yōu)缺點等4方面對OFDM技術(shù)進(jìn)行了闡述與分析。
　　1 前言
　　自有近代通信以來，人們就一直追求通信的自由。無線通信的大眾化，如第1代移動通信（1G）、第2代移動通信（2G）部分的滿足了人們的這種愿望。但隨著互聯(lián)網(wǎng)和多媒體技術(shù)的興起，人們對移動通信提出了更高的要求。于是第3代移動通信（3G）引弓待發(fā)，而第4代移動通信（4G）的理論與實踐方面的報道已可謂熱烈。近年來，隨著DSP芯片技術(shù)的發(fā)展，傅立葉變換/反變換、信道自適應(yīng)技術(shù)、插入保護時段、減少均衡計算量等成熟技術(shù)的逐步引入，OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing 正交頻分復(fù)用)作為一種可以有效對抗信號波形間干擾的高速傳輸技術(shù)，引起了廣泛關(guān)注。人們開始集中越來越多的精力開發(fā)OFDM技術(shù)在移動通信領(lǐng)域的應(yīng)用，在無線寬帶接入以及第4代移動通信中，OFDM技術(shù)都將成為繼CDMA技術(shù)之后的又一核心技術(shù)。采用多種新技術(shù)的OFDM具有更高的頻譜利用率和良好的抗多徑干擾能力，它不僅可以增加系統(tǒng)容量，更重要的是它能更好地滿足多媒體通信要求，將包括語音、數(shù)據(jù)、影像等大量信息的多媒體業(yè)務(wù)通過寬頻信道高品質(zhì)地傳送出去。它具有高帶寬、高穩(wěn)定性、低成本、被稱為“無線光纖” 的技術(shù)發(fā)展前景，為解決通信“最后1公里接入”問題提供了一種新的強有力的技術(shù)手段。
　　2 OFDM的發(fā)展歷程
　　OFDM最早起源于20世紀(jì)50年代中期，它由MCM（Multi-Carrier Modulation，多載波調(diào)制）發(fā)展而來，在1970年1月首次公開發(fā)表了有關(guān)OFDM的專利。但在以后相當(dāng)長的一段時間，OFDM理論邁向?qū)嵺`的腳步放緩了。原因是OFDM的各個子載波之間相互正交，采用FFT（快速傅里葉變換）實現(xiàn)這種調(diào)制設(shè)備復(fù)雜，發(fā)射機和接收機振蕩器的穩(wěn)定性以及射頻功率放大器的線性要求高。后來經(jīng)過大量研究，終于在20世紀(jì)80年代，MCM獲得了突破性進(jìn)展，大規(guī)模集成電路讓FFT技術(shù)的實現(xiàn)不再是難以逾越的障礙，一些其它難以實現(xiàn)的困難也都得到了解決，自此，OFDM走上了通信的舞臺，逐步邁入高速Modem和數(shù)字移動通信的領(lǐng)域。20世紀(jì)90年代,OFDM已經(jīng)在廣播信道的寬帶數(shù)據(jù)通信，數(shù)字音頻廣播（DAB）、高清晰度數(shù)字電視(HDTV)和無線局域網(wǎng)（WLAN）以及有線電話網(wǎng)上基于現(xiàn)有銅雙絞線的非對稱高比特率數(shù)字用戶線技術(shù)（如ADSL）中得到了應(yīng)用。
　　3 OFDM的基本原理
　　OFDM技術(shù)實際上是MCM的一種。其主要思想是：將信道分成若干正交子信道，在每個子信道上進(jìn)行窄帶調(diào)制和傳輸，這樣減少了子信道之間的相互干擾，同時又提高了頻譜利用率。每個子信道上的信號帶寬小于信道的相關(guān)帶寬，因此每個子信道上的頻率選擇性衰落是平坦的，大大消除了符號間干擾。
　　OFDM允許各載波間頻率互相混疊，并采用了基于載波頻率正交的FFT調(diào)制。由于在各個載波的中心頻點處，沒有其它載波的頻譜分量，所以能夠?qū)崿F(xiàn)各個載波的正交。
　　盡管還是頻分復(fù)用，但OFDM不再通過很多帶通濾波器來實現(xiàn)，而是直接在基帶處理，這也是OFDM有別于其它系統(tǒng)的優(yōu)點之一。OFDM的接收機實際上是一組解調(diào)器，它將不同載波搬移至零頻，然后在一個碼元周期內(nèi)積分。其它載波由于與所積分的信號正交，因此不會對這個積分結(jié)果產(chǎn)生影響。
　　OFDM的高數(shù)據(jù)速率與子載波的數(shù)量有關(guān)，增加子載波數(shù)目，能夠提高數(shù)據(jù)的傳送速率。OFDM每個頻帶的調(diào)制方法可以不同，這增加了系統(tǒng)的靈活性。OFDM適用于多用戶的高靈活度、高利用率的通信系統(tǒng)。
　　4 OFDM的關(guān)鍵技術(shù)
　　4．1 信道估計
　　信道估計在OFDM系統(tǒng)中占有重要地位，信道估計器的設(shè)計主要有兩個問題：一是導(dǎo)頻信息的選擇。由于無線信道常常是衰落信道，需要不斷對信道進(jìn)行跟蹤，因此導(dǎo)頻信息也必須不斷的傳送；二是既有較低的復(fù)雜度又有良好的導(dǎo)頻跟蹤能力的信道估計器的設(shè)計。

　　在實際設(shè)計中，導(dǎo)頻信息選擇和最佳估計器的設(shè)計通常又是相互關(guān)聯(lián)的，因為估計器的性能與導(dǎo)頻信息的傳輸方式有關(guān)。
　　4．2 信道編碼和交織
　　為了提高數(shù)字通信系統(tǒng)性能，信道編碼和交織是通常采用的方法。對于衰落信道中的隨機錯誤，可以采用信道編碼；對于衰落信道中的突發(fā)錯誤，可以采用交織技術(shù)（交織就是把碼字的b個比特分散到n個幀中，以改變比特間的'鄰近關(guān)系，n值越大，