OFDM—第四代无线通信的技术核心网络知识-电脑资料.doc

OFDM第四代无线通信的技术核心网络知识 电脑资料 赵婧华 酆广增 1 绪论 无线通信与个人通信在短短的几十年间经历了从模拟通信到数字通信、从FDMA到CDMA的巨大开展，目前又有新技术出现，比以CDMA为核心的第三代移动通信技术更加完善，我们称之为“第四代移动通信技术”， 赵婧华 酆广增 1 绪论 无线通信与个人通信在短短的几十年间经历了从模拟通信到数字通信、从FDMA到CDMA的巨大开展，目前又有新技术出现，比以CDMA为核心的第三代移动通信技术更加完善，我们称之为“第四代移动通信技术”。 第四代移动通信系统以OFDM(正交频分复用)为核心技术提供增值效劳，它在宽带着域的应用具有很大的潜力。较之第三代移动通信系统，采用多种新技术的OFDM具有更高的频谱利用率和良好的抗多径干扰能力，它不仅仅可以增加系统容量，更重要的是它能更好地满足多媒体通信要求，将包括语音、数据、影像等大量信息的多媒体业务通过宽频信道高品质地传送出去 2 OFDM的开展史 OFDM并不是新生事物，它由多载波调制（MCM）开展而来。美国军方早在上世纪的50、60年代就创立了世界上第一个MCM系统，在1970年衍生出采用大规模子载波和频率重叠技术的OFDM系统。但在以后相当长的一段时间，OFDM理论迈向实践的脚步放缓了。由于OFDM的各个子载波之间相互正交，采用FFT实现这种调制，但在实际应用中，实时傅立叶变换设备的复杂度、发射机和接收机振荡器的稳定性以及射频功率放大器的线性要求等因素都成为OFDM技术实现的制约条件。后来经过大量研究，终于在20世纪80年代，MCM获得了突破性进展，大规模集成电路让FFT技术的实现不再是难以逾越的障碍，一些其它难以实现的困难也都得到了解决，自此，OFDM走上了通信的舞台，逐步迈入高速Modem和数字移动通信的领域。20世纪90年代,OFDM开始被欧洲和澳大利亚广泛用于播送信道的宽带数据通信，数字音频播送（DAB）、高清晰度数字电视(HDTV)和无线局域网（WLAN）。随着DSP芯片技术的开展，格栅编码技术、软判决技术、信道自适应技术等成熟技术的应用，OFMD技术的实现和完善指日可待。 3 OFDM的根本原理 OFDM是一种特殊的多载波传送方案，单个用户的信息流被串/并变换为多个低速率码流（100 Hz 50 kHz），每个码流都用一条载波发送。OFDM弃用传统的用带通滤波器来分隔子载波频谱的方式，改用跳频方式选用那些即便频谱混叠也能够保持正交的波形，因此我们说，OFDM既可以当作调制技术，也可以当作复用技术。OFDM增强了抗频率选择性衰落和抗窄带干扰的能力。在单载波系统中，单个衰落或者干扰可能导致整条链路不可用，但在多载波系统中，只会有一小局部载波受影响。纠错码的应用可以帮助其恢复一些易错载波上的信息。像这样用并行数据传送和频分复用的思路早在20世纪60年代的中期就被提出来了。 在传统的并行通信系统中，整个系统频带被划分为N个互不混叠的子信道，每个子信道被一个独立的信源符号调制，即N个子信道被频分复用。这种做法，虽然可以防止不同信道互相干扰但却以牺牲频带利用率为代价，这在频带资源如此紧张的今天尤其不能忍受。上个世纪中期，人们又提出了频带混叠的子信道方案，信息速率为a，并且每个信道之间距离也为a Hz，这样可以防止使用高速均衡和抗突发噪声过失，同时可以充分利用信道带宽,节省了50%。为了减少各个子信道间的干扰，我们希望各个载波间正交。这种“正交”表示的是载波的频率间精确的数学关系。如前所述，传统的频分复用的载波频率之间有一定的保护间隔，通过滤波器接收所需信息。在这样的接收机下，保护频带分隔不同载波频率，这样就使频谱的利用率低。 OFDM不存在这个缺点，它允许各载波间频率互相混叠，采用了基于载波频率正交的FFT调制，由于各个载波的中心频点处没有其他载波的频谱分量，所以能够实现各个载波的正交。尽管还是频分复用，但已与过去的FDMA有了很大的不同：不再是通过很多带通滤波器来实现，而是直接在基带处理，这也是OFDM有别于其他系统的优点之一。OFDM的接收机实际上是一组解调器，它将不同载波搬移至零频，然后在一个码元周期内积分，其他载波由于与所积分的信号正交，因此不会对这个积分结果产生影响， 4 OFDM的主要技术 41 调制方式 42 信道分配 为用户分配信道有多种方式，最主要的两种是分组信道分配、自适应信道分配。 4.2.1 分组信道 最简单的方法是将信道分组分配给每个用户，这样可以使由于失真、各信道能量的不均衡和频偏所造成的用户间的干扰最小。但载波分组会使信号容易衰落。载波跳频可以解决这个问题。分组随机跳频空闲时间较短，约11个字符时间。利用时间交织和前向纠错可以恢复丧失的数据，但是会降低系统容量增加信号时延。 4.2.2 自适应跳频 这是一种新的基于信道性能的跳频技术。信道用来传递对它来说具有最正确信噪比的信号。因为每个用户的位置不同，所以信号的衰落模式也不相同，因此每个用户收到的最强信号都不同于其他用户，从而相互之间不会发生冲突。初步研究说明，在频率选择性信道采用自适应跳频可以大幅提高信号接收功率，能够到达520dB，令人惊异。事实上，自适应跳频消除了频率选择性衰落。 多径信道中，速率为1Gbit/s的信号的频响特性每15cm就会发生很大的变化，因此信号的频率刷新速率要比15cm的移动速率快很多，一般情况下终端每移动5cm刷新一次就足够了。比方终端以每小时60km的速度移动，刷新速率就是大约330次/秒。跳频的开销比特数量与用户速率、用户数量以及系统是全双工还是半双工有关。全双工系统的接收机和发射机的工作频率的间隔至少应大于40MHz，信道数量是用户数的两倍，发射的参考码字的数量比用户数多1个，也就是说除了每个用户需要发送一个参考码字外，基站的前向信道也必需发送一个。采用并行通信可以减少参考码字，20个用户可以共用一个参考码字。对于一个10Mbit/s带宽全双工系统，有100个速率为50kbit/s的用户，调制方式是QPSK，其开销比特将占整个数据的30%50%。而时分半双工系统可以减少开销比特，只有10%15%。 当信道变化太快，跳频速度跟不上时，用随机跳频代替自适应跳频。由于这种转换非常快，所以衰落时间很短暂，采用时间交织和前向纠错能够补偿这种衰落。时间交织要求尽可能短，否那么会增加时延。 43 多天线 原文转自：.ltesting.