ofdm在未来无线通信系统中的应用分析

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1、OFDM在未来无线通信系统中的应用分析赵北雁谢伟良孙震强等0引言随着蜂窝移动通信、宽带无线接入技术、多媒体技术的迅速发展，简单的语音业务、低速数据业务已经不能满足人们的需求，电信运营商需要开发出更多新的增值业务来吸引与保留顾客，如多媒体彩信、LBS(位置业务)、游戏、移动视频、电视业务等。由于单载波技术存在严重的ISI并且均衡实现复杂，CDMA扩频调制技术的扩频增益低、抗噪声和ISI能力下降，不能满足宽带高速业务的要求。为了能在复杂的电磁环境和紧缺的频谱资源条件下，实现高速率、高质量、高效率的数据传输，必须采用更有效的无线传输技术。上世纪50年代

2、末提出的正交频分复用（OFDM）技术，具有频谱利用率高、均衡实现简单和抗多径干扰能力强等优点，已越来越受到业界的广泛关注。OFDM技术最早应用于ETSI标准的数字音频广播（DAB）和数字视频广播（DVB）中。在宽带无线接入系统中，从面向个人区域网（PAN）的IEEE802.15（UWB）到面向局域网（LAN）的IEEE802.11（WiFi）、面向城域网（MAN）的IEEE802.16（WiMAX），直至提议面向广域网（WAN）的IEEE802.20（MBWA），均采用了OFDM/OFDMA技术。此外，在蜂窝移动通信系统中，3GPPLTE标准的下

3、行链路将采用OFDMA，上行链路将采用具有低峰均比的改进型SC-FDMA，用于降低功放成本和延长电池寿命；3GPP2UMB（超级移动宽带）标准的上下行链路均采用了OFDMA技术。预计未来的B3G/4G技术也将会基于OFDM。总之，目前无线通信领域所有的新兴技术几乎都以OFDM技术为核心。1OFDM的基本原理OFDM（OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing）即正交频分复用技术，它实际上是MCM（Multi-CarrierModulation），多载波调制的一种。其主要思想是：将信道分成若干正交子信道，将高速数

4、据信号转换成低速子数据流，调制到每个子信道上进行传输。图1所示为OFDM的收发信机结构。图1OFDM收发信机结构尽管OFDM在整个信道上是非平坦的，具有频率选择性衰落，但在每个子信道上进行的是窄带传输，信号带宽小于信道的相关带宽，可以看成是平坦性衰落，从而避免了频率选择性衰落和窄带干扰。OFDM系统可以灵活地选择适合的子载波进行传输，来实现动态的频域资源分配，从而充分利用频率分集和多用户分集来获得最佳的系统性能。OFDM的调制与解调分别通过逆快速傅利叶变换(IFFT)与快速傅利叶变换（FFT）来实现，大大降低了设计的复杂度。在FFT后面加入保护间

5、隔或循环前缀(CP)，可以抑制符号间干扰（ISI）和载波间干扰（ICI）。为了减少带外辐射，加快OFDM信号功率谱带外部分的下降速度，可以对每个OFDM符号进行加窗处理，使符号周期边缘的幅度值逐渐过渡到零。OFDM的各个子信道之间相互正交，允许它们的频谱相互重叠。这样不但减小了子载波间的相互干扰，同时又最大限度地利用了频谱资源。以OFDM为基础的多址技术OFDMA（正交频分多址）可以实现小区内各用户之间的正交性，从而有效避免了用户间的干扰，使得OFDM系统可以实现较高的小区容量。然而，OFDM技术也存在一些缺陷，主要是存在较高的峰值平均功率比（P

6、APR）、容易受到频率偏移和相位噪声的影响以及严重的小区间干扰等问题。2OFDM信号参数的设计2.1参数的设计规则OFDM系统参数设定对整个系统的性能会产生决定性的影响。在OFDM系统中我们需要确定以下参数：循环前缀（CP）长度Tg、子载波间隔Tb和子载波数量N。在系统设计中应尽可能地避免ISI和ICI，或者至少将其抑制到可接受的程度。即要选择一个足够的CP以防止多径衰落而引起ISI和ICI，同时要选择适当的OFDM符号长度，防止高速移动引起多普勒频移，并使信道冲激响应（CIR）至少在一个OFDM符号期间是不变的。循环前缀（CP）的长度决定了OF

7、DM系统的抗多径能力和覆盖能力。较长的CP有利于克服多径干扰，支持大范围覆盖，但系统开销也会相应增加，从而降低数据传输能力。此外，在提供多小区广播业务时，采用软合并方案，即终端收到各基站同时发出的信号，为了避免远处基站传输的较长延迟造成的干扰和基站定时误差，需要额外加长CP。所以CP的大小要根据具体的小区环境（室内、室外、宏小区、微小区、微微小区等）和业务类型（单播、多播/广播）来优化，在可靠性与有效性之间取得平衡。在实际设计中，CP长度一般取为时延扩展均方根值的2～4倍。由于OFDM系统对多谱勒频移fd和相位噪声非常敏感，所以子载波间隔（有效符

8、号周期）选择时既不能太大也不能太小。在CP长度一定时，符号周期越大，频谱效率就会越高。因为每个OFDM符号前都要插入一个CP，CP是系统