中圖分類號：TN929.5 文獻標識碼：A 文章編號：1672-8882（2015）02-090-01

一、引言

4G是第四代移動通信及其技術的簡稱，是集3G與WLAN于一體并能夠傳輸高質視頻圖像以及圖像質量與高清電視不相上下的技術產品。4G系統(tǒng)能夠以百兆的速度下載，比撥號上網快上千倍，上傳的速度也能達到幾十兆，并能夠滿足大多數(shù)用戶對于無線服務的要求。4G在用戶最為關注的價格方面，與固定寬帶網絡的價格不相上下，而且計費方式更加靈活方便，用戶可以根據(jù)自身的需求確定所需的服務。并且，4G可以在DSL和有線電視調制解調器沒有覆蓋的地方部署，然后再擴展到整個地區(qū)。所以，4G有著不可比擬的優(yōu)越性。

雖然現(xiàn)在數(shù)據(jù)傳輸理論和實踐已經取得了相當大的進展，但是隨著通信的發(fā)展，可以利用的頻率資源日趨緊張，如何在4G通信系統(tǒng)中高速、可靠地傳輸信息成為關注的焦點。OFDM調制技術的出現(xiàn)為實現(xiàn)高效的抗干擾調制技術和提高頻帶利用率開辟了一條的新路徑。

二、OFDM技術基本原理

OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）即正交頻分復用，是4G系統(tǒng)的核心技術。OFDM特別適合于存在多徑傳播和多普勒頻移的無線移動信道中傳輸高速數(shù)據(jù)，能有效對抗多徑效應，消除ISI，對抗頻率選擇性衰落，信道利用率高。

OFDM是一種高效的數(shù)據(jù)傳輸方式，其基本思想是在頻域內將給定信道分成許多正交子信道，在每個子信道上使用一個子載波進行調制，并且各子載波并行傳輸。這樣，盡管總的信道是非平坦的，具有頻率選擇性，但是每個子信道上進行的是窄帶傳輸，信號帶寬小于信道的相應帶寬，因此就可以大大消除信號波形間的干擾。OFDM相對于一般的多載波傳輸?shù)牟煌幨撬试S子載波頻譜部分重疊，只要滿足子載波間相互正交，則可以從混疊的子載波上分離出數(shù)據(jù)信號。由于OFDM允許子載波頻譜混疊，其頻譜效率大大提高，因而是一種高效的調制方式。

OFDM技術的基本原理是將高速串行數(shù)據(jù)變換成多路相對低速的并行數(shù)據(jù)并對不同的載波進行調制。這種并行傳輸體制大大擴展了符號的脈沖寬度，提高了抗多徑衰落的性能。傳統(tǒng)的頻分復用方法中各個子載波的頻譜是互不重疊的，需要使用大量的發(fā)送濾波器和接受濾波器，這樣就大大增加了系統(tǒng)的復雜度和成本。同時，為了減小各個子載波間的相互串擾，各子載波間必須保持足夠的頻率間隔，這樣會降低系統(tǒng)的頻率利用率。而現(xiàn)代OFDM系統(tǒng)采用數(shù)字信號處理技術，各子載波的產生和接收都由數(shù)字信號處理算法完成，極大地簡化了系統(tǒng)的結構。同時為了提高頻譜利用率，使各子載波上的頻譜相互重疊（如下圖所示），但這些頻譜在整個符號周期內滿足正交性，從而保證接收端能夠不失真地復原信號。

正交頻分復用信號的頻譜示意圖

當傳輸信道中出現(xiàn)多徑傳播時，接收子載波間的正交性就會被破壞，使得每個子載波上的前后傳輸符號間以及各個子載波間發(fā)生相互干擾。為解決這個問題，在每個OFDM傳輸信號前面插入一個保護間隔，它是由OFDM信號進行周期擴展得到的。只要多徑時延不超過保護間隔，子載波間的正交性就不會被破壞。

三、OFMD技術優(yōu)點

近年來，OFDM技術已經備受關注，其原因在于OFDM技術有以下優(yōu)點：

（一）OFDM技術的最大優(yōu)點是對抗頻率選擇性衰落或窄帶干擾，可以有效克服ISI，適用于多徑環(huán)境和衰落信道中的高速數(shù)據(jù)傳輸。特別適合使用在高層建筑物、居民密集和地理上突出的地方以及將信號散播的地區(qū)。

（二）OFDM技術采用基于IFFT/FFT的算法集成于硬件模塊，運行速度主要取決于硬件電路的運行速度，同時也簡化了系統(tǒng)實現(xiàn)的復雜程度。

（三）OFDM技術能夠持續(xù)不斷地監(jiān)控傳輸介質上通信特性的突然變化。該技術可以自動地檢測到在傳輸介質下，哪一個特定的載波存在高的信號衰減或干擾脈沖，然后采取合適的調制措施來使指定頻率下的載波進行成功通信。

（四）OFDM可以容易的與其他多種接入方法結合使用，構成OFDMA系統(tǒng)，其中包括多載波碼分多址MC-CDMA、跳頻OFDM以及OFDM-TDMA等等，使得多個用戶可以同時利用OFDM技術進行信息的傳輸。

（五）OFDM技術的信道利用率很高。OFDM系統(tǒng)可以最大限度的利用頻譜資源。當子載波個數(shù)很大時，系統(tǒng)的頻譜利用率趨于2波特/Hz。

四、OFDM技術在其他領域的應用

（一）在電力線通信中的應用

電力線通信技術簡稱PLC（Power Line Communication）是指利用電力線傳輸數(shù)據(jù)和話音信號的一種通信方式。OFDM技術可以提高電力線網絡的傳輸質量，即使在配電網受到嚴重干擾時，仍可提供帶寬并且保證帶寬傳輸效率。

（二）在數(shù)字電視和音頻廣播中的應用

OFDM在數(shù)字廣播電視系統(tǒng)中取得了廣泛的應用，其中數(shù)字音頻廣播（DAB）標準是一個正式使用OFDM的標準。另外，當前國際上全數(shù)字高清晰度電視傳輸系統(tǒng)中采用的調制技術就包括OFDM技術。它具有很高的頻譜利用率，可以進一步提高抗干擾能力，滿足電視系統(tǒng)的傳輸要求。選擇OFDM作為數(shù)字音頻廣播和數(shù)字視頻廣播的主要原因在于：可以有效地解決多徑時延擴展問題。

（三）在寬帶無線接入中的應用

OFDM技術適用于無線環(huán)境下的高速傳輸，在寬帶無線接入中得到應用。IEEE802.16工作組開發(fā)了一個2GHz～11GHzBWA的標準——IEEE802.16a，物理層就采用了OFDM技術。

五、結語

4G通信并不是從3G通信的基礎上經過簡單的升級而演變過來的，它的核心建設技術根本就是不同的，4G移動通信系統(tǒng)技術以正交多任務分頻技術（OFDM）最受矚目，利用這種技術可以實現(xiàn)例如無線區(qū)域環(huán)路、數(shù)字音訊廣播等方面的無線通信增殖服務；但第四代移動通信系統(tǒng)不會僅僅只采用OFDM一種技術，因此以OFDM為核心技術的第四代移動通信系統(tǒng)，也會存在CDMA的延伸技術。