OFDM关键技术及其应用.doc

目 录OFDM技术及其应用1摘 要1Abstract2前 言3第1章 OFDM技术4第1节 OFDM基本原理简介7第2节 OFDM 算法理论与基本系统构造8第3节 OFDM技术特点11第4节 OFDM技术突出地方13第5节 OFDM技术长处13第6节 OFDM两个缺陷14第2章 OFDM技术在各个领域中应用16第1节 高清晰度数字电视广播16第2节 无线局域网16第3节 宽带无线接入17第4节 3G CDMA新概念18第3章 OFDM技术在设备制造和运营中优势20第4章 下一代移动通信系统中OFDM技术24第5章 OFDM技术应用现状与前景29小 结33致 谢34参照文献35结束语36OFDM技术及其应用摘 要OFDM技术是一种多载波调制技术，最初用于军事通信，由于采用DFT实现多载波调制，同步LSI发展解决了IFFT/FFT实现问题以及其她核心技术突破，OFDM开始向诸多领域实际应用转化，当前成为一种很有发展前程调制技术。本文一方面分析了OFDM基本原理，并阐明其技术长处和缺陷，然后提及关于OFDM技术发展方面某些信息。当前，OFDM在许多领域获得成功应用，这里对关于无线局域网中OFDM应用现状作了简要阐明， 对OFDM应用前景也作了展望。 核心词：正交频分复用（OFDM），原理，特点，发展，应用 AbstractOrthogonal Frequency Division Multiplexing(OFDM) is a kind of technology of Multi-Carrier Modulation(MCM).Depending on Discrete Fourier Transform( DFT) to realize MCM and the quick development of Large Scale Integration( LSI) to solve the question of the solution of IFFT/FFT,OFDM began to be using practically in many fields and is becoming a prosperous MCM-technique.In this paper,firistly the principles of OFDM are analyzed and its characters(merit and defect) are reviewed,then some information about the development of OFDM is introduced.At current time,OFDM has succeeded in many fields，given an example,the present situation of using OFDM on wireless local area net is stated,finally the prospect of using OFDM is imaged. Keywords:OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing(OFDM);Character;Development;Present Situation and Prospect of Application 前 言随着通信技术不断成熟和发展，如今通信传播方式可以说各种各样，变化日新月异，从最初有线通信到无线通信，再到当前光纤通信。然而，从通信技术实质来看，上面所述基本上都是传播介质和信道变化，突破性进展并不多。近年来，随着DSP芯片技术发展，傅立叶变换反变换、高速Modem采用64128256QAM技术、栅格编码技术、软判决技术、信道自适应技术、插入保护时段、减少均衡计算量等成熟技术逐渐引入，OFDM作为一种可以有效对抗信号波形间干扰高速传播技术，引起了广泛关注。人们开始集中越来越多精力开发OFDM技术在移动通信领域应用，预测第三代后来移动通信主流技术将是OFDM技术。第1章 OFDM技术OFDM英文全称为Orthogonal Frequency Division Multiplexing，中文含义为正交频分复用技术。这种技术是HPA联盟（HomePlug Powerline Alliance）工业规范基本，它采用一种不持续多音调技术，将被称为载波不同频率中大量信号合并成单一信号，从而完毕信号传送。由于这种技术具备在杂波干扰下传送信号能力，因而经常会被运用在容易外界干扰或者抵抗外界干扰能力较差传播介质中。其实，OFDM并不是如今发展起来新技术，OFDM技术应用已有近40年历史，重要用于军用无线高频通信系统。但是，一种OFDM系统构造非常复杂，从而限制了其进一步推广。直到70年代，人们提出了采用离散傅立叶变换来实现各种载波调制，简化了系统构造，使得OFDM技术更趋于实用化。八十年代，人们研究如何将OFDM技术应用于高速MODEM。进入九十年代以来，OFDM技术研究进一步到无线调频信道上宽带数据传播。当前OFDM技术已经被广泛应用于广播式音频和视频领域和民用通信系统中，重要应用涉及：非对称数字顾客环路（ADSL）、ETSI原则数字音频广播（DAB）、数字视频广播（DVB）、高清晰度电视(HDTV）、无线局域网（ WLAN）等。OFDM是一种无线环境下高速传播技术。无线信道频率响应曲线大多是非平坦，而OFDM技术重要思想就是在频域内将给定信道提成许多正交子信道，在每个子信道上使用一种子载波进行调制，并且各子载波并行传播。这样，尽管总信道是非平坦，具备频率选取性，但是每个子信道是相对平坦，在每个子信道上进行是窄带传播，信号带宽不大于信道相应带宽，因而就可以大大消除信号波形间干扰。由于在OFDM系统中各个子信道载波互相正交，于是它们频谱是互相重叠，这样不但减小了子载波间互相干扰，同步又提高了频谱运用率。OFDM技术属于多载波调制（Multi-Carrier Modulation，MCM）技术。有些文献上将OFDM和MCM混用，事实上不够严密。MCM与OFDM惯用于无线信道，它们区别在于：OFDM技术特指将信道划提成正交子信道，频道运用率高；而MCM，可以是更各种信道划分办法。OFDM技术推出其实是为了提高载波频谱运用率，或者是为了改进对多载波调制用，它特点是各子载波互相正交，使扩频调制后频谱可以互相重叠，从而减小了子载波间互相干扰。在对每个载波完毕调制后来，为了增长数据吞吐量，提高数据传播速度，它又采用了一种叫作HomePlug解决技术，来对所有将要被发送数据信号位载波进行合并解决，把众多单个信号合并成一种独立传播信号进行发送。 此外OFDM之因此备受关注，其中一条重要因素是它可以运用离散傅立叶反变换/离散傅立叶变换（IDFT/DFT）代替多载波调制和解调。 OFDM增强了抗频率选取性衰落和抗窄带干扰能力。在单载波系统中，单个衰落或者干扰也许导致整个链路不可用，但在多载波OFDM系统中，只会有一小某些载波受影响。此外，纠错码使用还可以协助其恢复某些载波上信息。通过合理地挑选子载波位置，可以使OFDM频谱波形保持平坦，同步保证了各载波之间正交。OFDM尽管还是一种频分复用（FDM），但已完全不同于过去FDM。OFDM接受机事实上是通过FFT实现一组解调器。它将不同载波搬移至零频，然后在一种码元周期内积分，其她载波信号由于与所积分信号正交，因而不会对信息提取产生影响。OFDM数据传播速率也与子载波数量关于。OFDM每个载波所使用调制办法可以不同。各个载波可以依照信道状况不同选取不同调制方式，例如BPSK、QPSK、8PSK、16QAM、64QAM等等，以频谱运用率和误码率之间最佳平衡为原则。咱们通过选取满足一定误码率最佳调制方式就可以获得最大频谱效率。无线多径信道频率选取性衰落会使接受信号功率大幅下降，经常会达到30dB之多，信噪比也随之大幅下降。为了提高频谱运用率，应当使用与信噪比相匹配调制方式。可靠性是通信系统正常运营基本考核指标，因此诸多通信系统都倾向于选取BPSK或QPSK调制，以保证在信道最坏条件下信噪比规定，但是这两种调制方式频谱效率很低。OFDM技术使用了自适应调制，依照信道条件好坏来选取不同调制方式。例如在终端接近基站时，信道条件普通会比较好，调制方式就可以由BPSK（频谱效率1bit/s/Hz）转化成16QAM64QAM（频谱效率46bit/s/Hz），整个系统频谱运用率就会得到大幅度提高。自适应调制可以扩大系统容量，但它规定信号必要包括一定开销比特，以告知接受端发射信号所应采用调制方式。终端还要定期更新调制信息，这也会增长更多开销比特。OFDM还采用了功率控制和自适应调制相协调工作方式。信道好时候，发射功率不变，可以增强调制方式（如64QAM），或者在低调制方式（如QPSK）时减少发射功率。功率控制与自适应调制要获得平衡。也就是说对于一种发射台，如果它有良好信道，在发送功率保持不变状况下，可使用较高调制方案如64QAM；如果功率减小，调制方案也就可以相应减少，使用QPSK方式等。自适应调制规定系统必要对信道性能有及时和精准理解，如果在差信道上使用较强调制方式，那么就会产生很高误码率，影响系统可用性。OFDM系统可以用导频信号或参照码字来测试信道好坏。发送一种已知数据码字，测出每条信道信噪比，依照这个信噪比来拟定最适合调制方式。第1节 OFDM基本原理简介OFDM是一种高速数据传播技术，该技术基本原理是将高速串行数据变换成多路相对低速并行数据并对不同载波进行调制。这种并行传播体制大大扩展了符号脉冲宽度，提高了抗多径衰落等恶劣传播条件性能。老式频分复用办法中各个子载波频谱是互不重叠，需要使用大量发送滤波器和接受滤波器，这样就大大增长了系统复杂度和成本。同步，为了减小各个子载波间互相串扰，各子载波间必要保持足够频率间隔，这样会减少系统频率运用率。而当代OFDM系统采用数字信号解决技术，各子载波产生和接受都由数字信号解决算法完毕，极大地简化了系统构造。同步为了提高频谱运用率，使各子载波上频谱互相重叠（如图1所示），但这些频谱在整个符号周期内满足正交性，从而保证接受端可以不失真地复原信号。当传播信道中浮现多径传播时，接受子载波间正交性就会被破坏，使得每个子载波上先后传播符号间以及各个子载波间发生互相干扰。为解决这个问题，在每个OFDM传播信号前面插入一种保护间隔，它是由OFDM信号进行周期扩展得 到。只要多径时延超过保护间隔，子载波间正交性就不会被破坏。第2节 OFDM 算法理论与基本系统构造由上面原理分析可知，若要实现OFDM，需要运用一组正交信号作为子载波。咱们再以码元周期为T不归零方波作为基带码型，经调制器调制后送入信道传播。 OFDM调制器如图2所示。要发送串行二进制数据通过数据编码器形成了M个复数序列，此复数序列通过串并变换器变换后得到码元周期为TM路并行码，码型选用不归零方波。用这M路并行码调制M个子载波来实现频分复用。在接受端也是由这样一组正交信号在一种码元周期内分别与发送信号进行有关运算实现解调，恢复出原始信号。OFDM解调器如图3所示。下面对OFDM信号流程作较详细地分析，通过BPSK、QPSK、16QAM、64QAM 中数字调制映射得到串型符号流dn，n=0，1，M-1，先取M个符号将其分派到M路子信道中，每个符号调制M个子载波（下面用复指数表达为：exp(jkt),k=0,1,M-1）中一种，然后将调制后得到信号相加，得到OFDM符号再重复上述过程，发送下M个符号。设一种OFDM符号周期为T，子载波间隔为1/T，子载波频率为fi=f0+i/T ,i=0,1,M-1,fi为第i个子载波频率，均为1/T整数倍，则调制后一种OFDM复基带信号为：在接受端，重要由混频器和积分器完毕解调，在不考虑同步误差及信道干扰状况下，由于在载波之间互相正交，在一种符号周期内有：则对第k个在载波进行解调，在一种符号周期内进行积分得由此看看法调某些能完全恢复原始信号。然而上述办法所需设备非常复杂，当M很大时，需要大量正弦波发生器，滤波器，调制器和解调器等设备，因而系统非常昂贵。为了减少OFDM系统复杂度和成本，普通考虑用离散傅立叶变换（DFT）和反变换（IDFT）来实现上述功能。对（1）中档效复基带信号以T/M速率进行抽样，即令t=kT/M,(k=0,1,，M-1),得到：看见Sk即是对di进行IDFT运算，容易推得在接受端同样可以用DFT恢复原始数据信号dn，在接受端对接受到Sk进行DFT变换即得：由于DSP技术发展，在OFDM系统调制解调实际应用中可以采用迅速算法IFFT/FFT实现IDFT/DFT理论计算，这为OFDM技术推广创造了极为有利条件。此外，为消除码间干扰（ISI），在实际OFDM系统中采用插入循环前缀（CP）办法，即将OFDM符号尾部一某些复制后放到符号前面，CP使所传播符号体现出周期性，当CP持续时间比信号在信道传播延迟时间大时，码间干扰仅仅会干扰OFDM符号体前面CP从而消除ISI6。依照上面所述，OFDM系统框图如图（4）第3节 OFDM技术特点OFDM尽管还是一种频分复用(FDM)，但已完全不同于过去FDM，OFDM接受机事实上是通过FFT来实现一组解调器。它将不同载波搬移至零频，然后在一种码元周期内积分，其她载波信号由于与所积分信号正交，因而不会对信息提取产生影响。OFDM数据速率也与子载波数量关于。 OFDM每个载波所使用调制办法可以不同。各个载波可以依照信道状况不同选取不同调制方式， 例如BPSK,QPSK,8PSK,16QAM ,64QAM等，以获得频谱运用率和误码率之间最佳平衡为原则，通过选取满足一定误码率最佳调制方式就可以获得最大频谱效率。无线多径信道频率选取性衰落会导致接受信号功率大幅下降，经常会达到30dB之多，信噪比也随之大幅下降。为了提高频谱运用率，应当使用与信噪比相匹配调制方式。可靠性是通信系统正常运营基本考核指标，因此诸多通信系统都倾向于选取BPSK或QPSK调制，以保证在信道最坏条件下信噪比满足规定，但是这两种调制方式频谱效率很低。OFDM技术使用了自适应调制，可以依照信道条件来选取使用不同调制方式。例如在终端接近基站时，信道条件普通会比较好，调制方式就可以由BPSK(频谱效率1 bit/(s.Hz)转换成1664QAM(频谱效率46 bit/ (s.Hz)，整个系统频谱运用率就会得到大幅度改进。自适应调制可以扩大系统容量，但它规定信号必须包括一定开销比特，以告知接受端发射信号所应采用调制方式。终端还须定期更新调制信息，这也会增长开销比特。 OFDM还采用了功率控制与自适应调制相协调工作方式。信道条件好时候，发射功率不变就可以采用高调制方式(如64QAM )，或者在低调制方式(如QPSK)时减少发射功率。如果在差信道上使用较高调制方式，就会产生很高误码率，影响系统可用性。自适应调制规定系统必要对信道性能有及时和精确理解，OFDM系统可以用导频信号或参照码字来测试信道好坏，发送一种已知数据码字，测出每条信道信噪比，依照这个信噪比来拟定最适合调制方式。 实现OFDM 核心技术涉及：同步技术、减少PAPR（功率峰均值比） 技术、信道预计与均衡、信道编码与交织等。第4节 OFDM技术突出地方(1) 在窄带带宽下也可以发出大量数据。OFDM技术能同步分开至少1000个数字信号，并且在干扰信号周边可以安全运营能力将直接威胁到当前市场上已经开始流行CDMA技术进一步发展壮大态势，正是由于具备了这种特殊信号“穿透能力”使得OFDM技术深受欧洲通信营运商以及手机生产商爱慕和欢迎，例如加利福尼亚Cisco系统公司、纽约Flarion工学院以及朗讯工学院等开始使用，在加拿大Wi-LAN工学院也开始使用这项技术。(2) OFDM技术可以持续不断地监控传播介质上通信特性突然变化，由于通信途径传送数据能力会随时间发生变化，因此OFDM能动态地与之相适应，并且接通和切断相应载波以保证持续地进行成功通信；(3) 该技术可以自动地检测到传播介质下哪一种特定载波存在高信号衰减或干扰脉冲，然后采用适当调制办法来使指定频率下载波进行成功通信；(4) OFDM技术特别适合使用在高层建筑物、居民密集和地理上突出地方以及将信号撒播地区，高速数据传播及播音都但愿删除多路影响地方。第5节 OFDM技术长处一方面，抗衰落能力强。OFDM把顾客信息通过各种子载波传播，在每个子载波上信号时间就相应地比同速率单载波系统上信号时间长诸多倍，使OFDM对脉冲噪声（ImpulseNoise）和信道快衰落抵抗力更强。同步，通过子载波联合编码，达到了子信道间频率分集作用，也增强了对脉冲噪声和信道快衰落抵抗力。因而，如果衰落不是特别严重，就没有必要再添加时域均衡器。另一方面，频率运用率高。OFDM容许重叠正交子载波作为子信道，而不是老式运用保护频带分离子信道方式，提高了频率运用效率。再者，适合高速数据传播。OFDM自适应调制机制使不同子载波可以按照信道状况和噪音背景不同使用不同调制方式。当信道条件好时候，采用效率高调制方式。当信道条件差时候，采用抗干扰能力强调制方式。再有，OFDM加载算法采用，使系统可以把更多数据集中放在条件好信道上以高速率进行传送。因而，OFDM技术非常适合高速数据传播。此外，抗码间干扰（ISI）能力强。码间干扰是数字通信系统中除噪声干扰之外最重要干扰，它与加性噪声干扰不同，是一种乘性干扰。导致码间干扰因素有诸多，事实上，只要传播信道频带是有限，就会导致一定码间干扰。OFDM由于采用了循环前缀，对抗码间干扰能力很强。第6节 OFDM两个缺陷（1） 对频率偏移和相位噪声很敏感。（2）峰值与均值功率比相对较大，这个比值增大会减少射频放大器功率效率。但是近年来，环绕OFDM存在两个缺陷，业内人士进行了大量研究工作，并且已经获得了进展。OFDM技术既可用于移动无线网络，也可以用于固定无线网络，它通过在楼层、使用者、交通工具和现场之间信号切换，有效地解决了其中信息冲突问题。尽管OFDM技术已经是比较成熟，并在某些领域也获得成功应用，但尚有许多问题须待进一步研究以进一步提高其技术性能。近年来，环绕基于DFT（或FFT）OFDM核心技术，犹如步、信道预计、均衡、功率控制等方面始终在摸索更优方案，这些研究使OFDM技术欲加成熟和完善。 另一方面，由于DFTOFDM在详细实现过程中采用插入CP（循环前缀）来消除ISI（码间干扰），因此进一步提高频谱运用率仍有较大余地，此外，为减少插入CP带来频谱损失，普通采用较长DFT变换块，但是，如此将会导致系统对载频误差及Doppler频移非常敏感，引起系统性能下降，同步对信道预计带来难度。针对这一点，有人提出基于小波/小波包正交多载波调制技术，作为对基于DFT多载波调制技术OFDM发展和改进。小波函数/小波包函数具备良好尺度与平移正交性，因而可将其作为多载波调制在载波，这种多载波调制方案被称为基于小波/小波包正交多载波调制。理论分析和仿真表白，小波/小波包调制技术具备与其她调制技术相似或更好性能参数，同步具备更好抗干扰性能。小波/小波包调制与多址技术结合，如基于小波包变换多载波码分多址系统（WPDMCDMA）,更贴近于当代无线多址通信系统实际应用，从而进一步表白小波/小波包调制技术可行性与先进性，具备辽阔发展前景。同步作为一种布满但愿与潜力新研究领域关于小波/小波包调制技术有许多问题尚待进一步研究第2章 OFDM技术在各个领域中应用第1节 高清晰度数字电视广播 OFDM在数字广播电视系统中获得了广泛应用，其中数字音频广播（DAB）原则是第一种正式使用OFDM原则。此外，当前国际上全数字高清晰度电视传播系统中采用调制技术中就涉及OFDM技术，欧洲HDTV传播系统已经采用COFDM（coded OFDM：编码OFDM）技术。它具备很高频谱运用率，可以进一步提高抗干扰能力，满足电视系统传播规定。选取OFDM作为数字音频广播和数字视频广播（DVB）重要因素在于：OFDM技术可以有效地解决多径时延扩展问题。 因而不难看出，OFDM技术良好性能使得它在诸多领域得到了广泛应用。欧洲DAB系统使用OFDM调制技术其实验系统已在运营，不久吸引了大量听众。它明显地改进了移动中接受无线广播效果，用于DAB成套芯片开发工作正在一项欧洲发展项目中进行，它将使OFDM接受机价格大大减少，其市场前景非常看好。 第2节 无线局域网 人们懂得，HiperLAN/2物理层应用了OFDM和链路自适应技术，媒体接入控制（MAC）层采用面向连接、集中资源控制TDMA/TDD方式和无线ATM技术，最高速率达54Mbps，实际应用最低也能保持在20Mbps左右。此外，IEEE 802.11无线局域网工作于ISM免允许证频段，分别在5.8GHz和2.4GHz两个频段定义了采用OFDM技术IEEE 802.11a和IEEE 802.11g原则，其最高数据传播速率提高到54Mbps。 技术不断发展，引起了融合。某些4G及3.5G核心技术，如OFDM技术、MIMO技术、智能天线和软件无线电等，开始应用到无线局域网中，以提高WLAN性能。如802.11a和802.11g采用OFDM调制技术，提高了传播速率，增长了网络吞吐量。802.11n筹划采用MIMO与OFDM相结合，使传播速率成倍提高。此外，天线技术及传播技术，使得无线局域网传播距离大大增长，可以达到几公里（并且可以保障100Mbps传播速率）。 而对于此后要开展在无线局域网中多媒体业务来说，最高为54Mbps数据传播速率还远远不够。为了进一步提高无线局域网数据传播速率，实既有线与无线局域网无缝结合，IEEE成立了IEEE 802.11n工作小组，以制定一项新高速无线局域网原则。IEEE 802.11n筹划将WLAN传播速率从802.11a和802.11g54Mbps增长至108Mbps以上，最高速率可达320Mbps，成为802.11b/a/g之后另一场重头戏。和以往802.11原则不同，802.11n合同为双频工作模式（包括2.4GHz和5.8GHz两个工作频段）。这样802.11n保证了与以往802.11a/b/g原则兼容。 第3节 宽带无线接入 OFDM技术合用于无线环境下高速传播，不但应用于无线局域网，还在宽带无线接入（BWA）中得到应用。IEEE 802.16工作组专门负责BWA方面技术工作，它已经开发了一种2GHz11GHz BWA原则IEEE 802.16a，物理层就采用了OFDM技术。该原则不但是新一代无线接入技术，并且对将来蜂窝移动通信发展也具备重要意义。 在BWA领域，某些公司开发技术虽然都基于OFDM，但有各自特色，形成某些专利技术，如Cisco和Iospan公司Vector OFDM（VOFDM）、Wi-LAN公司Wideband OFDM（WOFDM）、Flarion公司flash-OFDM。其中，VOFDM由Cisco公司支持，WOFDM则由Wi-LAN公司提出，构成了基于两个组织OFDM两大阵营：宽带无线Internet论坛（BWIF）和OFDM论坛，它们力图使自己OFDM模式成为原则。其中由Wi-LAN公司倡导OFDM论坛，有50各种成员，其中有如Breezecom、start-up BeamReach Networks和Nokia等参加，重要是协调提交到IEEEOFDM提案。而宽带Internet论坛（BWIF）则是在Cisco倡导下，由IEEE工业原则技术组织IEEE-ISTO成立，其重要目的是提供低成本宽带无线接入技术，号召采用基于VOFDM原则作为解决方案。 第4节 3G CDMA新概念 为满足将来无线多媒体通信需求，人们在加快实现3G系统商业化同步，开始了后3G（Beyond 3G）研究。从技术方面看，3G重要以CDMA技术为核心技术，而将来移动通信系统则以OFDM技术最受瞩目。在宽带接入系统中，由于OFDM系统具备良好特性，将成为下一代蜂窝移动通信网络有力支撑。 此外一种事实是，3G网络当前面临诸多问题，例如它数据传播速度远远达不到广告中宣称2Mbps，其实际传播速度仅为0.4Mbps左右，而当网络繁忙时也许连这一速度三分之一都达不到。这一状况仅仅足够传播高质量音频，顾客要想传播高质量视频恐怕还需要继续等待。 CDMA技术为了对抗多径干扰，需要更复杂均衡及调制，实现起来非常困难。为了推动3G发展，人们开始研究将OFDM技术优势引入到CDMA系统中，推出MC-CDMA技术。与普通DS-CDMA相比，MC-CDMA系统具备下述长处： （1）具备更大灵活性。例如，在OFDM信号中加入保护时间带来灵活性，可以使得在不同社区环境中达到最佳频谱运用率； （2）高容量，高性能。由于频率交织，系统提供了更多重数频率分集，因而，可以应用不同检测办法充分挖掘这种分集提供增益； （3）高抗干扰性； （4）不需要均衡。由于多载波调制特性，它将高速率信号分割成各种低速率信号，使得信号波形间干扰得到消除，因而可以不需要均衡。 综上所述，在时代交替之际，旧有系统之整合与升级是产业关怀话题，当前人们谈是GSM如何升级到第三代移动通信系统，而将来则是CDMA如何与OFDM技术相结合？可以预测，CDMA绝对不会在第四代移动通信系统中消失，而是将成为其应用技术一部份，或许将来也会有新整合技术如OFDM/CDMA产生。前文所提到数字音频广播，其实它真正运用技术是OFDM/FDMA整合技术，同样是运用两种技术结合。因而将来以OFDM为核心技术第四代移动通信系统，也将会结合两项技术长处。 第3章 OFDM技术在设备制造和运营中优势 该技术可以解决多体数据业务异步特性，可以提供比老式多址技术更高容量，并且可以抗信道频率选取性衰落； 该技术可以持续不断地监控传播介质上通信特性突然变化。由于通信途径传送数据能力会随时间发生变化，因此OFDM能动态地与之相适应，并且接通和切断相应载波以保证持续地进行成功通信； 该技术能提供队列服务，克服传播介质中外界信号干扰，使无线通讯在大某些地区可以稳定使用； 该技术解决了在移动传播高速数据时所引起无线信道性能变差问题，从而极大地提高了传播信道质量保持； 该技术具备迅速纠错功能，可以应对随时也许浮现干扰信号，并重建所有在传送过程中遭到破坏信号数据位； 该技术可以自动地检测到传播介质下哪一种特定载波存在高信号衰减或干扰脉冲，然后采用适当调制办法来使指定频率下载波进行成功通信； 该技术可以实现较高安全传播性能，它容许数据在复数高速射频上被编码； 该技术对传播线路上多途径外界信号干涉有较强抵抗力，非常适合工作在某些恶劣通信环境中。 总之，OFDM技术良好性能使得它在诸多领域得到了广泛应用。欧洲DAB系统使用就是OFDM调制技术。实验系统已在运营，不久吸引了大量听众。它明显地改进了移动中接受无线广播效果。用于DAB成套芯片开发正在一项欧洲发展项目中进行，它将使OFDM接受机价格大大减少。市场前景非常看好。当前国际上全数字高清晰度电视传播系统中采用调制技术中就有OFDM技术，欧洲HDTV传播系统已经采用COFDM（coded OFDM编码OFDM）技术。它具备很高频谱运用率，进一步提高抗干扰能力，满足电视系统传播规定。在无线局域网领域中，1999年IEEE80211a通过了一种5GHz无线局域网原则，其中OFDM调制技术被采用为它物理层原则。ETSI宽带射频接入网（BRAN）局域网原则也把OFDM定为它调制原则技术。在将来宽带接入系统中，OFDM是一项基本技术。由于该系统良好特性，也也许成为下一代蜂窝移动网络无线接入技术。将OFDM调制技术应用于CDMA系统也引起各公司很大研究兴趣，即MC-CDMA。与普通DS-CDMA相比，MC-CDMA系统具备下述长处：（1）具备更大灵活性。如，在OFDM信号中加入保护时间提供灵活性可以使得在不同社区中易于达到最佳频谱运用率。（2）高容量，高性能。由于频率交织，系统提供了更多重数频率分集。可以应用不同检测办法充分挖掘这种分集提供增益。（3）高抗干扰性。（4）不需要均衡。由于多载波调制特性，它将高速率信号分割成各种低速率信号，使得信号波形间干扰得到消除，因而可以不需要均衡。 随着IEEE802.11a合同、ETSI BRAN（Broadband Radio Access Network）和多媒体应用引入，无线通信领域已经为OFDM技术应用做好了准备。世界各国许多大公司、研究团队已经充分结识到OFDM技术应用前景。1999年，在Wi-LAN、Philip等公司邀请下，来自世界六十多家公司一百多名代表通过讨论成立了一种世界性组织OFDM论坛，专门讨论OFDM在技术上、市场推广上各方面问题，从而进一步推动了OFDM技术商用化。此外OFDM重要性不但仅在于它是IEEE802.11a等其她高性能无线技术基本，更重要是OFDM技术与老式有关技术相比存在下面优势特点： OFDM调制频带运用率高、抗脉冲噪声特性好，但是该系统网络上要有数字信号解决器来提供高速数据服务，系统实现起来相对复杂一点； OFDM技术可以应对随时也许浮现干扰信号，它可对使用各种频率方面存在某些问题进行迅速修正，并可以对那些在通信传播过程中遭到破坏信号数据位进行自动重建； OFDM技术通过在复数高速射频上对传送信号进行编码，让被传播信号在传播过程中不容易被窃取，从而保证信号传送具备更高安全性； OFDM技术对传播线路上多途径外界信号干涉有较强抵抗力，它不但可以克服信号传播障碍，并且还能提高通信传播速度，因而在某些恶劣环境中通讯它将非常有吸引力； OFDM技术每赫兹带宽更高，这样无线系统容量也就更大，并且它抗信号衰落性能更好，当前OFDM技术已经被采用在无线局域网环境中，在将来该技术能使无线通信速度达到10Mbit/s左右； OFDM技术通过提供队列服务，来解决了在移动传播高速数据时所引起无线信道性能变差问题，从而克服传播介质中外界信号干扰，提高传播信道通信质量； OFDM技术既可用于移动无线网络，也可以用于固定无线网络，它通过在楼层、使用者、交通工具和现场之间信号跳换，解决其中信息冲突问题。 随着人们对通信数据化、宽带化、个人化和移动化需求，OFDM技术在综合无线接入领域将越来越得到广泛应用。 可以看出，OFDM技术具备良好应用前景。第4章 下一代移动通信系统中OFDM技术第一代模仿移动通信系统正逐渐退出历史舞台，第二代数字移动通信系统正在此前所未有速度发展，它们都是以传播语音业务为重要目。第三代移动通信系统正处在大规模商用化前夕，它将提出语音、数据以及视频等多媒体通信业务。继第三代后来下一代移动通信系统“Beyond 3G”或“4G”技术研究和原则建议工作当前也正在紧张开展。 从移动通信系统提供传播速率来看，第一代模仿系统提供模仿语音服务和简朴信令；第二代数字N-CDMA两个系统为代表，重要传播数字语音，固然可以同步使用各种时隙实现相对较高速率数据通信；而第三代移动通信系统数据传播速率最高可达2Mbps，其中，静止环境为2Mbps，慢速移动环境为384Mbps，迅速移动环境为144Mbps，卫星移动通信为9.6Mbps；下一代（4G）移动通信系统预测系统速率可达到20Mbps，甚至更高，国际电信联盟正在着手关于原则组织工作。为了实现这一目的，必要从通信网络互换、传播和接入等各个环节进行研究和突破，特别是在移动环境和有限频谱资源条件下，如何稳定可靠高效地支持高速率数据传播值得研究。正交频分复用（OFDM）技术因其网络构造高度可扩展，且有良好抗噪声性能和抗多径信道干扰能力以及频谱运用率高而被普遍以为是下一代移动通信系统必不可少技术。关于下一代移动通信系统研究工作已经提交给ITU-R第8研究组和世界无线电大会（WRC）。许多世界知名通信公司已经投入巨资研究下一代移动通信系统。早在1997年日本NTT DoCoMo公司已经启动第四代系统开发研究工作，并于6月15日向国际电联提交了关于建议：西门子正积极与国内外颇具实力高校进行下一代系统合伙研究；爱立信也已宣布进行第四代手机研发；AT&T公司正在研究以提高蜂窝电话和其她移动装置无线访问因特风速率为目第四代移动通信系统。总来说，下一代移动通信系统在性能方面重要有如下规定：（1）顾客速率在准静止（低速移动和固定）状况下达20Mbps，在高速移动状况下达2Mbps；（2）容量要达到第三代系统5-10倍，传播质量相称于甚至优于第三代系统；（3）条件相似时社区覆盖范畴等于或不不大于第三代系统；（4）具备不同速率间自动切换能力，以保证通信质量；（5）网络每比特成本要比第三代低。在功能方面重要有如下规定：（1）支持下一代因特网和所有信息设备、家用电器等；（2）实现与固定网或专用网无缝化连接；（3）能通过中间件支持和开通各种各样IP业务；（4）能提供顾客定义个性化服务；（5）按服务级别收费。由于信道传播特性不抱负，各类无线和移动通信中，普遍存在着符号间干扰（ISI）。克服符号间干扰办法普通是采用自适应均衡器，但是，在高速数字通信系统中，为了保证克服ISI，往往规定均衡器抽头数很大，特别是在都市，环境也许规定均衡器抽头数上百个。这样，必然大大增长了均衡器复杂限度，使设备造价和成本大大提高。为了能在下一代移动通信中有效解决这一问题，可采用频谱运用率高，抗多径衰落性能好OFDM技术，以取代复杂而昂贵自适应均衡器。近年来，由于DSP技术飞速发展，OFDM作为一种可以有效对抗ISI高速传播技术，引起了广泛关注。OFDM技术已经成功地应用于数字音频广播（Digital Audio Broadcasting，DAB）、高淅晰度电视（High-definition Television，HDTV）、无线局域网（Wireless Local Area Network，WLAN），它在移动通信中运用也是大势所趋。对老式频分复用（FDM）系统而言，为了避免载波间互相干扰，载波间普通加保护频带而使频谱运用率下降。而正交频分复用（OFDM）系统则使各子载波初期采用正交滤波器将信道提成各种子信道，但要用特别是当路数增多时候。1971年，Weinstein及Ebert等将DFT应用在多载波传播系统中，从而很以便地实现了多路信号复合和分解。为了克服多径引起OFDM符号帧之间干扰（ISI），普通在每个符号帧之间插入循环前缀（Cyclic Prefix,CP），即将OFDM符号帧最后几种码元拷贝插入到本符号帧前面。如果CP所占时长不不大于或等于最大时延扩展Tmax，则所有多径信号将不会延伸到下一种OFDM帧周期。令插入CP相应G个码元，则发送符号帧s可表达为：S=Xn-g,Xn-g+1,Xn-1,X0,X1,Xn-1