無線通信新技術

程翰林

摘 要：無線通信最根本的要求和目標是信號在無線信道中能夠可靠、高速的傳輸，為了滿足這一需求，各種新型通信技術不斷涌現出來，OFDM技術的出現能夠有效減少無線通信過程中經常遇到的衰落、干擾及噪聲對信號產生的影響，從而大幅度提高無線通信系統的信道容量與傳輸速率。基于此，OFDM技術在民用與軍用無線通信領域得到越來越廣泛的應用。

關鍵詞：無線通信；OFDM技術；應用

中圖分類號： TN914 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2017）05-175-2

0 引言

OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）正交頻分復用技術是一種多載波信號傳輸技術，由于其在具體應用的過程中能夠增強系統抗干擾能力、提高傳輸的有效性和可靠性，近年來成為無線通信領域被廣泛應用的新型技術，優勢顯著。本文對這種無線通信新技術展開研究，分析OFDM技術的發展與應用。

1 無線通信新技術OFDM發展概況

作為近年來興起的一種無線通信新技術，OFDM具備較強的實用價值。在技術水平日新月異的今天，OFDM卻能憑借自身優勢在無線通信領域占據一席之地，引起了相關行業的廣泛關注。下面對OFDM技術的基本概念、特點進行闡述和總結，分析其優勢所在，并對其發展歷程進行概述，為進一步研究其應用價值奠定基礎。

1.1 OFDM技術基本介紹

在各類通信環境當中，符號間干擾、多經效應及頻率選擇性衰落都將導致誤碼的產生，致使傳輸效率的降低，在傳統通信手段中往往要為此付出較大代價，且收效甚微。近年來，隨著數字廣播、寬帶接入與移動通信需求的不斷增加，為了滿足這種需求，專家學者展開了全面而深入的研究，一種全新的技術手段——OFDM技術應運而生。OFDM正交頻分復用技術作為一種多載波數字調制技術，與單載波技術不同，它的基本思想是將一個高速串行數據流轉換為多路低速并行數據流，在多個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

OFDM技術之所以被廣泛應用，與其所表現出的特點具有一定關系：其一，OFDM技術有很強的抗干擾性，尤其是抗窄帶干擾性，在信號受到嚴重干擾的情況下依舊能保持較強的數據穩定性與傳輸能力，OFDM技術對通信介質特性進行實時監控，并自適應控制載波的通斷，以保證通信質量；其二，OFDM技術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據的傳輸；其三，OFDM技術能有效對抗頻率選擇性衰落，由于采用多載波同時傳輸，某個或某幾個子信道的衰落并不會對系統造成太大影響；其四，OFDM技術系統結構簡單，方便實現[2]。

1.3 OFDM產生與發展

OFDM的思想最早產生于60年代，在該技術提出之后由于當時的歷史條件方面的限制，運用模擬濾波器實現起來的系統復雜度較高，導致發展受到阻礙；70年代，S.B.Weinstein 提出運用離散傅里葉變換（DFT）實現多載波調制，這一研究內容為OFDM技術的發展奠定堅實了理論基礎，也為其具體實現提供了依據；80年代，L.J.Cimini 率先分析了有關于OFDM技術在移動通信中應用存在的問題與解決方法，至此之后，OFDM技術在通信領域方面的具體應用逐漸得到重視，如火如荼地發展起來[3]。

2 OFDM技術在無線通信中的應用分析

當前無線通信領域已經處于一個高度發展的狀態，無論是數字廣播、無線接入還是移動通信網絡都向著高速、寬帶的方向前進，伴隨著OFDM技術的加入，系統性能在不斷提高。

2.1 OFDM技術在數字廣播系統中的應用

目前，OFDM技術已經被大多數字廣播系統采用，作為其物理層標準，如韓國的T-DMB系統、日本的ISDB系統、歐洲的DAB系統、DVB系列等等，其中，DAB標準由歐洲電信標準協會首次提出，它是首次采用OFDM的標準。DMB系統由DAB發展而來，在DAB的基礎上加入了多媒體功能，能在高速移動中傳輸清晰的圖像。OFDM技術憑借自身優勢能夠有效緩解多徑時延擴展問題，滿足單頻組網（SFN）的要求，使整個系統的頻譜利用率得以提高，以此成為OFDM技術在數字廣播系統中應用的催化劑。

但需要特別注意的問題有三點，第一是在SFN中，不同發射機之間存在頻偏和時偏，不但使接收信號之間喪失了正交性，還縮短了接收信號的保護間隔，無法對抗多普勒頻移，因此，必須保證發射機間的時偏在保護間隔的10%以內，頻偏在子載波間隔的1%以內，建議使用GPS或北斗授時使兩地時鐘同步，即可解決問題。第二是由于不同發射機所在位置不同，到達接收機存在路徑差，這個差值會使不同發射機發出的信號到達接收機存在時間差，但只要兩個信號的傳播時延小于OFDM符號的循環前綴，就不會出現符號間干擾和信道間干擾，而且還能獲得分集接收的好處。第三是接收機內的本振波動或多普勒頻移的影響是系統無法忽視的，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小于子載波間隔[4]。

2.2 OFDM技術在寬帶無線接入中的應用

在民用領域，以OFDM為基礎的WiMAX寬帶技術經歷了迅猛的發展，已經被國際電信聯盟納入移動設備的全球標準體系之中。采用WiMAX的空中接口標準，為數據的傳輸效率與網絡吞吐量提供保障。對于WiMAX而言，其物理層有OFDM物理層和OFDMA物理層兩種實現方式。OFDM物理層的載波個數為256個，這256個載波只能為同一個用戶并行傳輸數據，且上下行鏈路的復用方式不同，分別采用TDMA和TDM；而OFDMA物理層可以支持128-2048點的FFT點數，使載波帶寬可以在1.25MHz-20MHz之間調節，以適應不同地區的需求，同時載波集可以分為多個載波子集分配給多個接收機使用，以實現多路訪問[5]。

在軍用領域，信息戰作為現代化戰爭的主要組成部分，對軍用無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鍵，這就少不了OFDM技術的加入。OFDM技術憑借其有效對抗干擾、衰落、時延擴展及靈活的子載波分配調度能力，展現出廣闊的應用前景。

2.3 OFDM技術在移動通信網絡中的應用

隨著移動通信網絡的快速發展，未來業務將以包含數據、語音、視頻等大量信息的高質量多媒體業務為主，且傳輸速率將越來越高、傳輸帶寬將越來越大，這需要一系列關鍵技術的支持，以追求高速、高QoS，這就必須增強抗衰落、抗干擾能力、提高頻譜利用率，迫切需要OFDM作為物理層的調制技術。對于移動通信網絡而言，其信號在傳輸中主要有三種衰落方式，用戶位置快速移動導致的時間選擇性衰落、傳播過程中波束角擴散所引發的空間選擇性衰落以及引起頻率選擇性衰落[6]。 4G作為第四代通信網絡，實際上是以OFDM技術為核心的通信網絡，采用了多種新型的網絡傳輸技術，之所以應用OFDM技術，主要是其抗干擾能力較強，信號傳輸效果較好，符合移動通信網絡傳輸的基本要求。在通信網絡數據傳輸中，傳統頻分復用的缺點就是網絡數據傳輸的頻譜利用率較低。子載波數量較多時，將導致通信網絡擁塞，速率降低。OFDM技術有效克服了這一缺點，得以廣泛應用。

2.4 OFDM技術在無線網絡融合中的應用

移動通信網絡的信息服務領域已經逐漸被拓寬，在原有基本語音業務的基礎之上，不斷加入豐富的業務，如視頻通話、在線多媒體等，這就對數據的傳輸效率提出較高的要求。從目前的實際應用情況來看，當前4G網絡條件下傳輸效率已經得到明顯提升，OFDM技術優勢也表現了出來。固定網絡的網速也越來越快，并向著移動化發展。廣播電視同樣進入了信息服務時代，傳統的單向傳輸的電視業務已不能滿足現今交互應用的需求。可見，三網融合已是大勢所趨。

要傳輸高質量視頻、實現互動功能靠單一網絡是很難辦到的，在未來的發展中，移動網絡、固定網絡、廣電網絡三網融合已經成為必然的發展趨勢，也必將帶來三網傳輸技術的融合，OFDM技術作為多種技術的基礎，將有利于三網融合的實施，加速無線網絡融合的實現。

3 結論

綜上所述，作為一種新型無線通信技術手段，OFDM技術憑借其自身優秀的抗干擾、抗多徑能力及高頻譜利用率、靈活子載波分配等特點，能夠適應不同的環境要求，保證信號有效、可靠地傳輸，其伴隨著通信網絡的發展而成長，具有極為廣闊的發展前景。

參 考 文 獻

[1] 胡心怡，方睿，李日欣，郭慶.OFDM技術發展綜述[J].通信技術，2010（08）：132-134.

[2] 鄧小科，曹型兵.OFDM和MIMO無線通信技術研究[J].山西電子技術，2011（01）：58-59.

[3] 王君.OFDM技術在海上無線通信系統的應用分析[J].無線通信技術，2011（02）：36-39.

[4] 張嘯.淺談OFDM技術[J].中國新通信，2012（11）：56-60.

[5] 劉敏恒.OFDM（正交頻分復用）技術抗干擾性能分析[J].通訊世界，2013（17）：12-14.

[6] 袁麗娜，吳世欣.4G網絡新技術——OFDM技術的研究[J].無線互聯科技，2015（03）：23-24.