姜喜寬

摘要：在現(xiàn)代4G移動通信系統(tǒng)中，OFDM技術(shù)作為重要的物理傳輸技術(shù)在其中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。在此背景下，本文首先介紹了OFDM技術(shù)及該技術(shù)的核心優(yōu)勢，詳細描述了OFDM技術(shù)在4G通信中的應(yīng)用，其中包括信道估計、同步及同步誤差分析、多址技術(shù)等技術(shù)關(guān)鍵難題。最后，分析了OFDM技術(shù)在4G通信應(yīng)用過程中需要克服的技術(shù)難點。

關(guān)鍵詞：OFDM技術(shù)；4G移動通信；物理傳輸技術(shù)；信道估計

中圖分類號：TN929 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）07-0042-02

隨著近代社會市場和經(jīng)濟的高速發(fā)展，對于移動通信需求越來越高。同時，通信技術(shù)的發(fā)展也使得其方式變化多樣。隨著有線通信、無線通信發(fā)展到現(xiàn)今的光纖通信，通信速率的需求不斷增長。三代移動通信技術(shù)逐漸被日益開發(fā)成熟的第四代移動通信技術(shù)所取代。特別是使用光纖通信的第四代移動通信技術(shù)，具有數(shù)據(jù)、圖像通信的優(yōu)勢，室內(nèi)通信速率高達100Mb/s，在數(shù)據(jù)通信速率上擁有顯著提升。然而，這樣的高速通信狀況下將會出現(xiàn)嚴重的通信符號間的干擾現(xiàn)象，使得第四代移動通信技術(shù)出現(xiàn)了技術(shù)障礙。

近年來，OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交頻分復(fù)用）技術(shù)由于能夠在高速通信的情況下，有效抵消信號波形間干擾并能保證通信的穩(wěn)定、高效，從而引起了各國通信技術(shù)研究人員的廣泛關(guān)注。因此，通信技術(shù)領(lǐng)域中開始大量研究和開發(fā)如何將OFDM技術(shù)應(yīng)用在移動通信中。這種突破性的通信技術(shù)即OFDM技術(shù)將成為今后的主流移動通信技術(shù)。

1 OFDM技術(shù)

OFDM技術(shù)又被稱為正交頻分復(fù)用技術(shù)，是多載波調(diào)制技術(shù)的一類分支技術(shù)。它是一種能夠顯著提高載波頻譜利用率并使每個載波能相互正交，穩(wěn)定、高效地在無線環(huán)境下進行高速通信傳輸?shù)募夹g(shù)[1]。OFDM技術(shù)的核心是將頻域中的信道變?yōu)楦鱾€正交子的信道，通過子載波對各子信道調(diào)制。同時，由于每個子載波是采用的并行傳輸，所以移動通信系統(tǒng)中的上、下行鏈路都將同時接收多種調(diào)制，極大地提高了載波頻譜的利用率并能使各個載波之間具有正交性，保證移動通信過程中無失真。目前，針對4G移動通信系統(tǒng)的開發(fā)，使用了OFDM技術(shù)，并在信道估計、同步及同步誤差、與多址技術(shù)的結(jié)合、編碼技術(shù)等技術(shù)層面做出了重大的突破[2]。OFDM技術(shù)在無線移動通信系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 OFDM技術(shù)的優(yōu)勢

OFDM之所被廣泛地應(yīng)用于移動通信系統(tǒng)中，是其擁有眾多的技術(shù)優(yōu)點。特別是在4G移動通信系統(tǒng)中的應(yīng)用，作為重要的技術(shù)它具有下面這些優(yōu)勢[3]：

（1）受寬帶帶寬影響較小，OFDM技術(shù)具有高效的數(shù)據(jù)通信能力，在帶寬較窄的情況下依然能夠進行大規(guī)模數(shù)據(jù)的通信。正式其高效、大規(guī)模通信的特點，使其在歐洲、亞洲的通信運營商中受到廣泛的青睞；

（2）OFDM技術(shù)能顯著提升通信過程中的信道利用率，使得有限的載波頻譜資源得到了充分的利用，各個載波之間具有正交性；

（3）OFDM技術(shù)能夠適應(yīng)變化的移動通信環(huán)境，抵抗移動通信環(huán)境的變化沖擊。OFDM技術(shù)能夠動態(tài)適應(yīng)信道數(shù)據(jù)傳輸能力的改變。特別是在高層建筑、人口集中地區(qū)等復(fù)雜環(huán)境下，OFDM技術(shù)能夠保證數(shù)據(jù)通信過程的穩(wěn)定抵消影響。

3 OFDM技術(shù)在4G中應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)

現(xiàn)如今，移動通信系統(tǒng)中4G移動通信是個人通信的主要形式，并隨著人類社會的信息需求日趨發(fā)展。其日趨成熟的發(fā)展是離不開OFDM這一關(guān)鍵技術(shù)在4G移動通信中應(yīng)用的。

3.1 信道估計

OFDM技術(shù)的核心技術(shù)之一就是信道估計。信道估計是指在移動數(shù)據(jù)通信過程中，將信道模型參數(shù)進行模擬預(yù)估。其中，OFDM技術(shù)的信道估計有參數(shù)化、非參數(shù)化信道估計，以及基于時間、頻率特性的信道估計等眾多方式。無線通信的一項重要性能指標就是能否準確獲取詳細的信道信息，所以信道估計具有極大的研究意義。OFDM技術(shù)的核心就是基于信道估計，分配信道使每個子載波采用的并行傳輸，各載波之間正交。

由于在無線通信中信道具有隨機性接收時會產(chǎn)生失真現(xiàn)象，需要信道估計進行信號的調(diào)制，獲取實際需求的信號。信道估計中對信道模型參數(shù)的估計是通過部分特定參數(shù)獲取信道的信息。通常的信道估計是在非自適應(yīng)的環(huán)境中進行的。但實際過程中變化的移動通信環(huán)境下時域變化快速，此時使用自適應(yīng)信道估計才能有效應(yīng)對該通信環(huán)境。

3.2 同步及同步誤差

現(xiàn)代移動通信系統(tǒng)中，同步機制作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)暮诵臋C制。其主要原因是該機制是直接影響數(shù)據(jù)信號的實時傳輸，決定數(shù)據(jù)雙方的正常通信。信號通信過程中，首先，將發(fā)送的數(shù)字信號經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換后變?yōu)槟M信號進行無線傳輸。隨后，接收端在接收到發(fā)送的模擬信號后，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后變?yōu)閿?shù)字信號。最后，對得到的數(shù)字信號進行調(diào)制完成通信過程。

因此，整個過程中涉及到時域和頻域的同步。同步過程中又將產(chǎn)生符號定時同步誤差、截波頻率同步誤差、采樣時鐘同步誤差這三種同步誤差，由于篇幅限制此次不詳細闡述這三種誤差。

3.3 OFDM和多址技術(shù)的結(jié)合

現(xiàn)代移動通信系統(tǒng)，特別是支持多用戶同事進行數(shù)據(jù)傳輸時，要保證系統(tǒng)通信的穩(wěn)定性、可靠性、靈活性，就需要合理的多址技術(shù)。因此，OFDM技術(shù)和多址技術(shù)的結(jié)合順理成章。OFDM技術(shù)與多址技術(shù)結(jié)合，形成結(jié)合了CDMA、TDMA、FDMA等機制的系統(tǒng)。

3.4 MIMO和OFDM的結(jié)合

MIMO（Multiple Input Multiple Output，多輸入多輸出）技術(shù)，是一種具有多發(fā)射多接收天線提高通信質(zhì)量的移動通信技術(shù)?，F(xiàn)如今，由于半導(dǎo)體技術(shù)的突破性發(fā)展，移動通信系統(tǒng)中多天線結(jié)構(gòu)將成為主流，因而具有良好移動通信以及優(yōu)秀信道建模特點的MIMO技術(shù)與OFDM相結(jié)合應(yīng)用于移動通信。現(xiàn)代社會對于移動通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速度、質(zhì)量需求標準越來越高，同時無線移動通信中的MIMO信道是實時變化的、非平穩(wěn)的系統(tǒng)。因而越來越多的研究中將MIMO技術(shù)和OFDM技術(shù)相結(jié)合，來滿足移動通信的需求，這樣結(jié)合的系統(tǒng)既具備OFDM技術(shù)的穩(wěn)定性又能降低MIMO技術(shù)時域運行的繁復(fù)程度。

4 需要克服的缺陷

OFDM技術(shù)有眾多優(yōu)點，但仍存在一些缺陷有待克服。首先，OFDM系統(tǒng)對于頻率偏差較為敏感，受其影響較大。通信中子信道之間相互覆蓋，需要子信道間有嚴格的正交性。但通信是實時變化地，因而容易導(dǎo)致頻率偏移、通信系統(tǒng)中信號相互干擾。其次，OFMD技術(shù)的峰值平均功率比非常高。與傳統(tǒng)通信機制相比，OFMD技術(shù)調(diào)制輸出疊加的多子信道信號，疊加信號將導(dǎo)致功率瞬時增大，破壞子信道通信的正交性，嚴重時將影響移動通信的功能。

5 結(jié)語

OFDM技術(shù)由于其穩(wěn)定、高效的通信機制，被廣泛應(yīng)用于4G移動通信中。同時，其受寬帶帶寬影響較小、能夠進行大規(guī)模數(shù)據(jù)通信以及能夠適應(yīng)變化的移動通信環(huán)境，抵抗移動通信環(huán)境的變化沖擊的優(yōu)點得到廣泛應(yīng)用。然而將其運用到系統(tǒng)工程中還有諸多問題，但即使如此，發(fā)展應(yīng)用了OFMD技術(shù)的4G移動通信系統(tǒng)勢在必行。

參考文獻

[1]王智，杜韻喬，姚玉坤.4G通信系統(tǒng)中OFDM技術(shù)的分析[J].計算機與數(shù)字工程，2007，35（12）：140-143.

[2]張建華，蔡鵬，蘇苓，等.OFDM--4G核心的物理傳輸技術(shù)[J].移動通信，2005，29（2）：89-92.

[3]李利，易丹，談?wù)褫x，等.OFDM：4G中的OFDM關(guān)鍵技術(shù)[J].遼寧工業(yè)大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）， 2013，23（6）：4-6.endprint