正交頻分復用技術及其在4G移動通信中的應用

康殿柱

摘要：正交頻分復用（OFDM）技術是一種多載波數(shù)字調制技術，它廣泛應用于各個領域，值得注意的是，正交分頻復用（OFDM）技術以其頻譜資源利用充分、抗干擾能力強等特點在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用技術的基本原理進行闡述，再分析正交頻分復用技術運用的優(yōu)勢，最后介紹了正交頻分復用技術在4G移動通信中的應用，通過對正交頻復用技術以及其應用的探討，以期對未來正交頻分復用技術的發(fā)展能起到一定的促進作用。

關鍵詞：正交頻分復用；頻譜資源；4G移動通信；應用

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

移動通信技術在科學技術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過長時間研究、探索而產生的。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，正交分復用分頻（OFDM）技術具有許多對于4G通信技術非常適用的優(yōu)點，它是作為4G移動通信的核心技術而存在的，在4G移動通信技術中發(fā)揮著不可替代的作用。因此，對OFDM技術及其在4G移動通信中的應用的研究與探討具有非常重要的意義。

1 正交頻分復用技術基本原理

正交頻分復用（OFDM）技術是一種能對多個子載波進行自動調制的技術，它的基本原理是將串行的高速數(shù)據(jù)流通過變換處理轉換成多路并行的低速數(shù)據(jù)流，然后通過對子載波的調制實現(xiàn)所有路并行數(shù)據(jù)的并行傳輸，更深入一點來說，也就是高速的信息數(shù)據(jù)流在進過變換后，轉換為在多個子信道中的低速傳輸?shù)男畔?shù)據(jù)流，由于信息數(shù)據(jù)流在每個子信道上進行的是窄帶傳輸，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 正交頻分復用技術運用的優(yōu)勢

基于正交頻分復用技術的原理，其在運用中的優(yōu)勢有以下幾點：

（1）信號的抗多徑干擾能力強：時延擴展對信道在傳輸信號時的質量會有較大的影響，它會造成信號的失真和干擾。OFDM技術采用的調制方式是對多個子載波進行調制，它是通過將信道劃分為多個子信道來實現(xiàn)的，由于數(shù)據(jù)信息流在每個子信道中低速傳輸，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行了有效的保護。除此之外，OFDM技術采用了添加循環(huán)前綴的方法，相鄰碼元之間的保護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：OFDM技術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帶寬小，從而避免了因載波帶寬大于相干帶寬時出現(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，OFDM技術的應用很好地解決了這個問題，確保頻率選擇性衰落的抵抗能力更強。

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

（4）支持非對稱業(yè)務：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采用的是多個子信道進行信息傳輸，而各個子信道的傳輸速率可以不同，這就實現(xiàn)了一般的無線業(yè)務需求的高速率非對稱業(yè)務的傳輸。

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

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

（7）適合高速數(shù)據(jù)傳輸：OFDM技術可以使子載波通過區(qū)分新到的不同自行選擇相應的調制方式，信道條件在較優(yōu)和較差的條件下可以選擇不同的調制方式，信道較優(yōu)時為了獲得最大頻譜效率而選擇較高階的調制，當信道較差時為了確保信噪比可以選擇抗干擾能力較強的低階調制，除此之外，OFDM技術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。這些特點都說明了OFDM技術非常適合高速數(shù)據(jù)的傳輸，我們的4G移動通信技術也利用了它高速傳輸?shù)奶攸c，取得了很好的效果。

3 正交頻分復用技術在4G移動通信中的應用

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

但是正交頻分復用（OFDM）技術被認為才是4G移動通信的核心技術，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)速率時面臨多徑信道時延擴展的制約，這是因為信道的帶寬如果低于數(shù)據(jù)速率，那么信號傳輸將會失真，信號傳輸質量嚴重下降。OFDM技術以其頻譜利用率高、抗干擾能力強、抗頻率選擇性衰落能力強等特點為4G移動通信數(shù)據(jù)傳輸速率的提高提供了關鍵的技術，因此OFDM是被認為4G移動通信的核心技術。

4 結論與展望

正交頻分復用（OFDM）技術優(yōu)點很多，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，因此正交頻分復用技術逐漸得到了包括移動通信在內的許多領域的認可，尤其在移動通信領域中，它是作為4G移動通信的核心技術而存在的，因此它發(fā)揮著的作用是其他技術不能相比的。但是正交頻分復用技術也存在一些缺點，這些缺點使得OFDM技術還需要進行深入的研究，近年來，隨著4G移動通信的發(fā)展，對于正交頻分復用技術的研究越來越深入，相信該技術的未來發(fā)展及應用領域會越來越廣。

參考文獻

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