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OFDM在4G和5G通信中的应用和展望
OFDM发展及简介
在传统的多载波通信系统中,整个系统频带被划分为若干个互相
分离的子信道(载波)。载波之间有一定的保护间隔,接收端通过滤
波器把各个子信道分离之后接收所需信息。这样虽然可以避免不同信
道互相干扰,但却以牺牲频率利用率为代价。而且当子信道数量很大
的时候,大量分离各子信道信号的滤波器的设置就成了几乎不可能的
事情。上个世纪中期,人们提出了频带混叠的多载波通信方案,选择
相互之间正交的载波频率作子载波,也就是我们所说的OFDM。OFDM
的英文全称为OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing,中文
含义为正交频分复用技术。这种“正交”表示的是载波频率间精确的
数学关系。按照这种设想,OFDM既能充分利用信道带宽,也可以避
免使用高速均衡和抗突发噪声差错。
正交频分复用OFDM是一种多载波并行传输系统,通过延长传输
符号的周期,增强其抵抗回波的能力。与传统的均衡器比较,它最大
的特点在于结构简单,可大大降低成本,且在实际应用中非常灵活,
对高速数字通信量一种非常有潜力的技术。OFDM由于具备频谱
利用率高,有较强的抗多径干扰、抗频率选择性衰落和频率扩散能力
等特点,是一种非常适用于无线环境的高速数据传输技术。其中OFDM
技术的特点是网络结构高度可扩展,具有良好的抗噪声性能和抗多信
道干扰能力,可以提供比目前无线数据质量更高的服务和更好的
性能价格比,能为4G无线网提供更好的方案。
OFDM优点,不足之处,技术难题
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1.OFDM主要优点:
(1)OFDM技术的最大优点是对抗频率选择性衰落或窄带干扰。
在单载波系统中,单个衰落或干扰能够导致整个通信联络失败,但是
在多载波系统中,仅仅有很小一部分载波会受到干扰。对这些子信道
还可以采用纠错码来进行纠错。
(2)通过各子载波的联合编码,可具有很强的抗衰落能力。OFDM
技术本身已经利用了信道的频率分集,如果衰落不是特别严重,就可
以通过将各个信道联合编码,则可以使系统性能得到提高。
(3)可以有效地对抗信号波形间的干扰,适用于多经环境和衰
落信道中的高速数据传输。当信道中因为多径传输而出现频率选择性
衰落时,只有落在频带凹陷处的子载波以及其携带的信息受影响,其
他的子载波未受损害,因此系统总的误码率性能要好得多。
(4)高的频谱利用率,这点在目前频谱资源稀缺的无线环境中
非常重要。当子载波个数很大时,系统的频谱利用率趋于2Baud/Hz。
(5)在窄带带宽下也能够发出大量的数据。
(6)基于DFT的OFDM有快速算法,而且算法的复杂度可以由
DSP的发展来弥补。
(7)简化了均衡器设计,或者根本不需要均衡器,且数据传速
率可调。
(8)OFDM还采用了功率控制和自适应调制相协调的工作方式。
2.OFDM主要的不足之处
(1)对频率偏移、定时和相位噪声比较敏感,容易带来衰耗。
传输的非线性会造成互调失真(IMD),此时信号具有较高的噪声电平,
信噪比一般不会太高,失步和多普勒平移所造成的频率偏移是信道间
失去正交特性,仅仅1%的频