OFDM移動通信技術(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；移動通信技術(shù)；原理

隨著現(xiàn)代移動通信技術(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)字信號處理技術(shù)的基礎(chǔ)上對數(shù)字傳輸方式的研究，該項技術(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現(xiàn)多載波調(diào)制，該項技術(shù)也從研究階段逐漸走向?qū)嵱秒A段。20世紀(jì)以來，數(shù)字信號處理技術(shù)得到了發(fā)展，高速信息化的建設(shè)，帶動了正交頻分復(fù)用技術(shù)的深入發(fā)展。

1 多載波調(diào)制分析

無線電信號在移動信道中會有不同程度的衰減和損害，這些損害主要包括：（1）信號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對電波產(chǎn)生遮蔽作用，帶來的信號衰落現(xiàn)象；（3）因信號在傳輸中出現(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影響到無線區(qū)域的覆蓋，采取合理的設(shè)計措施能減少其對信號傳播帶來的不利影響，多徑衰落如果出現(xiàn)嚴(yán)重的問題，會影響到整個信號的傳播質(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，一般將傳輸?shù)母咚贁?shù)據(jù)分解成低速率的多個數(shù)據(jù)流，且用這些數(shù)據(jù)流調(diào)制多個載波。多載波調(diào)制中，子信道中的數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾室矔档停瑫r會增加信號波形的周期，多載波調(diào)制可以經(jīng)過多種技術(shù)措施來實現(xiàn)，OFDM技術(shù)是該項研究中的重點。

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，這主要是因為OFDM系統(tǒng)具有較強(qiáng)的優(yōu)勢。但是在發(fā)展研究中，需要對OFDM整個系統(tǒng)的發(fā)展做全面的分析，了解其優(yōu)勢和不足。

2.1 優(yōu)勢

（1）該系統(tǒng)能將高速數(shù)據(jù)流運用串并進(jìn)行轉(zhuǎn)換，讓每一個子載波上的數(shù)據(jù)符號持續(xù)長度相對增加，這樣能很大程度上減小無線信道的時間，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)措施主要是簡單和直接，但是對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，但是多個濾波器實現(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）等方法實現(xiàn)，對于比較龐大的數(shù)據(jù)流，一般可以采用快速傅里葉變換（Fast Fourier Transform，F(xiàn)FT）實現(xiàn)，大規(guī)模的集成電路技術(shù)，技術(shù)措施比較容易實現(xiàn)。

（4）無線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)一般存在不對稱性，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)頁瀏覽、文件下載等，同時，移動終端的功率一般會小于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）因無線信道對頻率選擇性比較強(qiáng)，不是所有的子載波都可以同時處在比較深的衰落中，因此，能通過動態(tài)比特分配或動態(tài)子信道分配的方法，充分借助信號比較高的子信道，從而提升整個系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性，對用戶系統(tǒng)來講，可能對一個用戶來講其不實用的子信道，但是對其他用戶來講能是比較好的一個子信道，因此，如果一個子信道不是對所有的用戶都無法使用，則不需要關(guān)閉這個子信道，但是一般不會出現(xiàn)所有子信道都不合適的概率。

（6）OFDM系統(tǒng)中，對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，能確保多個用戶同時借助OFDM技術(shù)進(jìn)行信息的傳遞[2-4]。

2.2 缺點

2.2.1 容易受到頻率偏差的影響

因子信道的頻譜會出現(xiàn)相互覆蓋的問題，這樣對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，會存在無線信號和頻率的偏移問題，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出現(xiàn)互相干擾的現(xiàn)象，這也是該系統(tǒng)的主要缺點。

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的疊加，因此多個信號的相位出現(xiàn)一致的情況，這種疊加信號所產(chǎn)生的功率會遠(yuǎn)高于信號的平均功率，最終出現(xiàn)比較高的峰值平均功率比，這就對發(fā)射機(jī)內(nèi)部放大器的線形提出了更高的要求，放大器的動態(tài)范圍如果不能適應(yīng)信號的變化，這樣會對信號傳輸產(chǎn)生很大的影響甚至是畸變，也導(dǎo)致疊加信號的頻譜發(fā)生很大的變化，引起子信道信號的正交性受到破壞，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，該項技術(shù)的研究也備受重視，人們越來越重視對該項技術(shù)發(fā)展和實際應(yīng)用的分析，且逐漸滲透到社會發(fā)展的多個領(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，以免多路的廣播受到干擾，頻譜和功率較高的特點，這項技術(shù)在我國已經(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)，能有效提升對頻譜的利用率，從而提升信號抗干擾的能力，進(jìn)而更好地滿足電視傳輸?shù)囊蟆Ｄ苡行У挚沟孛鎮(zhèn)鬏斨械母鞣N干擾，這也被越來越多的國家認(rèn)可，我國在傳輸方案的設(shè)計和計算模擬中，也完成了系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計。

3.3 移動通信技術(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)，從而能有效對抗信號串?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信號的干擾，這樣才能更好地推動移動通信技術(shù)的發(fā)展和更廣泛的應(yīng)用[6-8]。

4 結(jié)語

綜上所述，經(jīng)濟(jì)社會的不斷發(fā)展，信息技術(shù)時代已經(jīng)到來，信息的傳輸和發(fā)展在現(xiàn)代社會發(fā)展中發(fā)揮著重要的作用，人們生活水平的不斷提升，人們對通信技術(shù)的需求也越來越高，移動通信技術(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)展的特點和現(xiàn)狀，積極建設(shè)移動通信新體制，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，從而更好地推動移動通信技術(shù)在更多范圍內(nèi)的有效應(yīng)用。

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