OFDM推动无线网络向全IP演进

OFDM推动无线网络向全IP演进

通信技术发展的实质实际上是有关传输介质和信道技术的发展。随着近年来人们对大容量、高速率和安全稳定的通信需求不断膨胀，特别是在无线通信方面，相关技术的发展可谓日新月异。OFDM正交频分复用）技术成为其中的一大亮点，从WLAN到WiMAX、Flash－OFDM，从LTE到B3G，再到超宽带无线通信技术UWB，OFDM几乎成了新一代无线通信技术的标志。

事实上，OFDM并不是现在才发展起来的新技术，OFDM技术的应用已有近40年的历史。在漫长的发展过程当中，人们已经研究出如何将OFDM技术应用于高速MODEM，以及无线调频信道上的宽带数据传输。如今，OFDM技术已经被广泛应用于广播式的音频和视频领域以及民用通信系统中，主要的应用包括ADSL、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。

成为无线通信发展新趋势

OFDM是一种无线环境下的高速传输技术，其主导思想就是在频域内将给定信道分成许多正交子信道，在每个子信道上使用一个子载波进行调制，并且各子载波并行传输。这样，尽管总的信道是非平坦的，具有频率选择性，但是每个子信道是相对平坦的，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应带宽，因此可以大大消除信号波形间的干扰。由于在OFDM系统中各个子信道的载波相互正交，于是它们的频谱是相互重叠的，这样不但减小了子载波间的相互干扰，同时又提高了频谱利用率。OFDM属于多载波调制，但它并不完全等同于MCM。OFDM技术将信道划分成正交的子信道，大大提高了频道利用率，不同于MCM对信道的一般划分方法。另外，OFDM之所以备受关注，其中一条重要的原因是它可以利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。

除了频谱利用率高之外，OFDM还拥有很多优点，使其成为无线通信核心技术发展的新趋势。

首先，由于OFDM将宽带传输转化为很多子载波上的窄带传输，每个子载波上的信道可以看作水平衰落信道，从而大大降低了接收机均衡器的复杂度，使得OFDM在抗多径衰落方面表现优异。其次，它具有很强的带宽扩展性，小到几百kHz，大到几百MHz，都很容易实现。尤其是随着移动通信宽带化的发展，OFDM系统对大带宽的有效支持，将成为其相对于CDMA等单载波技术的明显优势。再次，OFDM系统可以通过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，以获得最佳的系统性能，具有灵活分配频谱资源的性能。最后，由于每个OFDM子载波内的信道可看作水平衰落信道，MIMO系统带来的额外复杂度可以控制在较低的水平，相对于单载波MIMO系统由于天线数量和多径数量带来的复杂度，OFDM确实能够简单地实现MIMO的应用。

新OFDM技术促进网络演进

目前，根据不同组织的不同标准，OFDM技术主要有VOFDM、WOFDM两种，它们在模块化设计等方面各有千秋，但是相对而言，flash－OFDM更代表了移动性的特点。flash－OFDM能在移动环境下工作，是一种移动宽带接入Internet解决方案。flash－OFDM采用FDD双工方式，工作频段在220MHz～3．5GHz之间，利用快速跳频技术把信号扩频，具有频率分集能力，减小了同一小区内的用户间干扰，它同时具有OFDM和跳频扩频技术的优点。除了跳频外，为解决小区间干扰，采用了功率控制，用户只发射能有效通信的功率。空中接口采用分组业务，支持全IP通信。flash－OFDM的MAC层不但增强了空中接口的性能，而且支持全IP网络接口。

从全IP的观点看，flash－OFDM代表了理想的空中链路，支持移动性和基于QoS的业务。物理层和MAC层为移动宽带数据特殊设计，基站控制信道的分配，以一定的优先级传送不同业务，如基于IP的话音、视频会议等。空中链路使用户数据率和频谱利用率得到提高。它是基于IP的分布式网络，支持实时的交互式业务和端到端的IP连接，能满足业务提供商和运营商的需求，易于部署和网络演进。

各领域广泛应用

尽管OFDM技术也存在一些内在的局限和问题，比如子载波的排列和分配、频偏问题和相位噪声、信道估计和导频设计的复杂性等，但是它成为一种趋势的倾向已不可逆转。我们看到，OFDM在各个领域已经得到了广泛应用。

在数字广播电视系统中，数字音频广播DAB）标准是第一个正式使用OFDM标准的。另外，当前国际上全数字高清晰度电视传输系统中采用的调制技术中就包括OFDM技术，欧洲HDTV传输系统已经采用了编码OFDM技术。它具有很高的频谱利用率，可以进一步提高抗干扰能力，满足电视系统的传输要求。

在无线局域网中，OFDM等技术开始得到应用，以提升WLAN的性能。如802．11a和802．11g采用OFDM调制技术，提高了传输速率，增加了网络吞吐量。802．11n计划采用MIMO与OFDM相结合，使传输速率成倍提高。

OFDM技术适用于无线环境下的高速传输，不仅应用于无线局域网，还在宽带无线接入BWA）中得到应用。IEEE802．16工作组专门负责BWA方面的技术工作，它已经开发了一个2GHz～11GHzBWA的标准——IEEE802．16a，物理层就采用了OFDM技术。该标准不仅是新一代的无线接入技术，而且对未来蜂窝移动通信的发展也具有重要意义。

值得注意的是，为满足未来无线多媒体通信需求，人们在加紧实现3G系统商业化的同时，开始了B3G的研究。从技术方面看，3G主要以CDMA技术为核心技术，而未来移动通信系统则以OFDM技术最受关注。在宽带接入系统中，由于OFDM系统具备良好的特性，将成为下一代蜂窝移动通信网络的有力支撑。

技术的演进时时都在进行，目前正在研发的3GPPLTE长期演进）技术也很可能选用OFDM及其改进型下行OFDM、上行DFT－S－OFDM）作为基本多址技术。另外，近距离通信IEEE802．15．3aUWB技术的两个备选方案之一也采用了多载波OFDM，预计未来的B3G技术也将基于OFDM。种种迹象表明，OFDM技术正在成为新一代无线通信技术的新潮流。