詳解Flash-OFDM技術(shù)

由于OFDM系統(tǒng)具有良好的特性，因此將成為B3G蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線接入技術(shù)，其中以Flash-OFDM技術(shù)最受矚目。Flash-OFDM技術(shù)從物理層到網(wǎng)絡(luò)層都具有很多優(yōu)勢(shì)。Flash-OFDM利用快速跳頻技術(shù)對(duì)信號(hào)擴(kuò)頻，具有頻率分配能力，減小了同一區(qū)域內(nèi)用戶間的相互干擾；其空中接口采用分組轉(zhuǎn)發(fā)，支持全I(xiàn)P通信；其MAC層不但增強(qiáng)了空中接口的性能，而且支持全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)接口。Flash-OFDM技術(shù)已經(jīng)成為3G的強(qiáng)有力對(duì)手受到廣泛關(guān)注，同樣，F(xiàn)lash-OFDM技術(shù)的聯(lián)合發(fā)送、聯(lián)合檢測(cè)、動(dòng)態(tài)分組分配等許多方面還需要進(jìn)一步的深入研究。

Flash-OFDM是由Flarion公司自行研發(fā)出來(lái)的無(wú)線寬帶技術(shù)，因?yàn)閾碛械脱舆t的特點(diǎn)，所以能夠應(yīng)用在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸上。相對(duì)VOFDM、WOFDM，F(xiàn)lash-OFDM的特點(diǎn)是能在移動(dòng)環(huán)境下工作，是一種移動(dòng)寬帶接入Internet解決方案。

Flash-OFDM采用FDD雙工方式。上下行鏈路是數(shù)百個(gè)子信道組成的寬帶載波(擴(kuò)頻的OFDM)，傳輸數(shù)據(jù)時(shí)給每個(gè)用戶分配子信道。每個(gè)子信道采用自適應(yīng)調(diào)制和先進(jìn)的編碼技術(shù)，可以提高頻譜利用率。Flash-OFDM的頻帶寬度為1.25MHz，使用頻率間隔為12.5kHz的副載波，最大轉(zhuǎn)輸速度為3.2Mbit/s，平均數(shù)據(jù)傳輸速度達(dá)1.5Mbit/s。

Flash-OFDM在時(shí)間上以跳頻方式使用OFDM的副載波，通過(guò)高速切換副載波，使得相鄰節(jié)點(diǎn)可以使用相同頻率的副載波，進(jìn)而可提高頻率利用率。Flash-OFDM利用快速跳頻技術(shù)把信號(hào)擴(kuò)頻，具有頻率分集能力，減小了同一小區(qū)內(nèi)的用戶間干擾，它同時(shí)具有OFDM和跳頻擴(kuò)頻技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。除了跳頻外，為解決小區(qū)間干擾，采用了功率控制，用戶只發(fā)射它能有效通信的功率。此外Flash-OFDM的空中接口采用分組業(yè)務(wù)，支持全I(xiàn)P通信。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

Flash-OFDM使用與傳統(tǒng)IP網(wǎng)絡(luò)相同的分層結(jié)構(gòu)，并把該方式應(yīng)用到無(wú)線媒質(zhì)中。在Flash-OFDM網(wǎng)絡(luò)中，物理層(在Flash-OFDM中被稱為“管道”)定義了在通信媒質(zhì)中發(fā)送數(shù)據(jù)的物理方式；MAC層控制該“管道”的接入，并使多用戶共享該“管道”；LLC層負(fù)責(zé)檢測(cè)和糾正數(shù)據(jù)傳輸?shù)腻e(cuò)誤；網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的路由選擇，同時(shí)也負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)包在調(diào)制解調(diào)器之間的傳輸。Flash-OFDM將物理層和數(shù)據(jù)鏈路層(包括MAC層和LLC層)垂直融合為一體，而網(wǎng)絡(luò)層和其它層是水平分層，為全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)。Flash-OFDM能夠利用現(xiàn)有的IP基礎(chǔ)設(shè)施和協(xié)議，像其他的寬帶IP網(wǎng)絡(luò)一樣能夠滿足用戶對(duì)于高帶寬和Qos需求。

Flash-OFDM的物理層

Flash-OFDM比OFDM更強(qiáng)大，能夠把可利用的頻譜劃分為許多帶寬相等的頻帶，并通過(guò)在這些頻帶上快速跳頻構(gòu)成擴(kuò)頻蜂窩技術(shù)。擴(kuò)頻蜂窩技術(shù)可以將數(shù)據(jù)打包，并在一個(gè)很寬的頻帶范圍內(nèi)傳輸，然后拆開數(shù)據(jù)包得到數(shù)據(jù)。這樣Flash-OFDM既可以支持多用戶的數(shù)據(jù)傳輸，并保證更好的安全性。

Flash-OFDM中的快速調(diào)頻使得它能夠具有CDMA系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，包括頻率多樣性(可以防止信號(hào)嚴(yán)重衰落)和蜂窩間相互干擾的均化，在相鄰蜂窩間的用戶之間不會(huì)產(chǎn)生相互干擾。由于每個(gè)載波和其他的載波均相互正交，F(xiàn)lash-OFDM也具備TDMA系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，即便多個(gè)用戶在同一個(gè)蜂窩內(nèi)也不會(huì)相互干擾。

Flash-OFDM物理層的空中接口具有更大的容量和更強(qiáng)的頻譜效應(yīng)，是所有蜂窩技術(shù)中最快的“管道”。此外，由于其頻率資源分配特性，F(xiàn)lash-OFDM物理層能夠?qū)崿F(xiàn)不需要任何開銷的單個(gè)比特的傳輸。這一CDMA和TDMA網(wǎng)絡(luò)不具備的特性極大地降低了網(wǎng)絡(luò)全面覆蓋的復(fù)雜度，節(jié)約了網(wǎng)絡(luò)部署成本，縮短了傳輸時(shí)延，并且支持了一個(gè)靈活的數(shù)據(jù)鏈路層。

Flash-OFDM的數(shù)據(jù)鏈路層

Flash-OFDM與其他技術(shù)的最大不同在于數(shù)據(jù)鏈路層，這些不同包括較低的傳輸時(shí)延、高QoS的無(wú)競(jìng)爭(zhēng)接入、快速自動(dòng)重復(fù)請(qǐng)求(ARQ)以及對(duì)資源(帶寬)的最大化利用和全用戶容量管理等。

(1)媒體接入控制子層

Flash-OFDM的MAC層不但增強(qiáng)了空中接口的性能，而且支持全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)接口。它的功能包括把IP包分割/重組成數(shù)百個(gè)比特的OFDM塊；采用ARQ大大降低話音的時(shí)延；提供豐富的IPQoS應(yīng)用接口等。Flash-OFDM的MAC層支持OFDM，并能維持多種比特率專用控制信道的能力，可以攜帶很少的數(shù)據(jù)開銷，能支撐大量活動(dòng)用戶的業(yè)務(wù)流量。它允許所有的移動(dòng)用戶共享下行鏈路的帶寬資源，而且這兩個(gè)方向都實(shí)現(xiàn)了無(wú)沖突接入，讓分組數(shù)據(jù)流可以自由通過(guò)控制信道。通過(guò)在每個(gè)蜂窩區(qū)域設(shè)置各個(gè)用戶的專用控制信道，基站就可以知道各個(gè)用戶的優(yōu)先級(jí)，這樣MAC層就可以基于QoS管理用戶。同時(shí)Flash-OFDM的全I(xiàn)P架構(gòu)可以區(qū)分每個(gè)用戶的業(yè)務(wù)和業(yè)務(wù)的優(yōu)先級(jí)(分組數(shù)據(jù)流就是很明顯的按級(jí)別分類)。Flash-OFDM的無(wú)競(jìng)爭(zhēng)接入也縮短了傳輸總時(shí)延，然而，其他的無(wú)線接入技術(shù)卻不具備此特性，所以，用戶不得不競(jìng)爭(zhēng)接入上行鏈路，使得在高速數(shù)據(jù)入口產(chǎn)生業(yè)務(wù)擁塞。

Flash-OFDM MAC層一個(gè)重要的特點(diǎn)就是能夠快速地將用戶設(shè)置為“開”或“保持”狀態(tài)，通過(guò)分配用戶需要的實(shí)時(shí)“管道”，更有效地利用帶寬、縮短時(shí)延和提高QoS。處于“開”狀態(tài)的用戶是那些正在發(fā)送或接收信息的用戶，例如正在下載文件的用戶；處于“保持”狀態(tài)的用戶是已經(jīng)與網(wǎng)絡(luò)連接但沒有發(fā)送或接收信息的用戶。

(2)無(wú)線鏈路控制子層

LLC層位于MAC層之上，并利用MAC層發(fā)送和傳輸數(shù)據(jù)，主要負(fù)責(zé)保證網(wǎng)絡(luò)的可靠性。數(shù)據(jù)的傳輸不同于話音的傳輸，數(shù)據(jù)傳輸比話音傳輸需要更好的可靠性。話音傳輸有時(shí)能允許誤比特率超過(guò)1%的情況出現(xiàn)，但是數(shù)據(jù)的傳輸對(duì)可靠性要求極高，不允許任何錯(cuò)誤，一旦分組丟失，即表示整個(gè)傳輸過(guò)程失敗。Flash-OFDM利用快速ARQ來(lái)保證數(shù)據(jù)鏈路層的高可靠性�？焖貯RQ用于檢查數(shù)據(jù)傳輸?shù)腻e(cuò)誤，如果發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，即命令快速重傳，整個(gè)過(guò)程所需時(shí)間小于10ms。Flash-OFDM的ARQ時(shí)延比3G低得多，使終端用戶可以隨心所欲地在無(wú)線寬帶鏈路上運(yùn)行應(yīng)用程序。

LLC層具有高可靠性和低時(shí)延特性的特點(diǎn)，它對(duì)支持交互式應(yīng)用程序非常有利。相比其他技術(shù)，F(xiàn)lash-OFDM具有快速ARQ，數(shù)據(jù)傳輸速率比較穩(wěn)定，因而數(shù)據(jù)流就同樣不會(huì)受到明顯地干擾。由于Flash-OFDM技術(shù)能夠快速?gòu)?fù)用且支持多用戶，因此節(jié)省了用戶的業(yè)務(wù)費(fèi)用。

Flash-OFDM的網(wǎng)絡(luò)層

網(wǎng)絡(luò)層提供MAC層和骨干網(wǎng)的接口，它的功能包括IP會(huì)話管理；管理多種工作模式，如Flash-OFDM/802.11，F(xiàn)lash-OFDM/Bluetooth雙模；可實(shí)現(xiàn)基站、移動(dòng)臺(tái)和用戶的授權(quán)、認(rèn)證。另外還提供與AAA系統(tǒng)的接口、路由管理、數(shù)據(jù)加密等。

從全I(xiàn)P的觀點(diǎn)看，F(xiàn)lash-OFDM代表了理想的空中鏈路，支持移動(dòng)性和基于QoS的業(yè)務(wù)。物理層和MAC層為移動(dòng)寬帶數(shù)據(jù)特殊設(shè)計(jì)，緊密相連的物理層和MAC層使基站控制信道的分配，以一定的優(yōu)先級(jí)傳送不同業(yè)務(wù)，如基于IP的話音、視頻會(huì)議等。空中鏈路使用戶數(shù)據(jù)率和頻譜利用率提高。它是基于IP的分布式網(wǎng)絡(luò)，支持實(shí)時(shí)的交互式業(yè)務(wù)和端到端的IP連接，能滿足業(yè)務(wù)提供者和運(yùn)營(yíng)商的需要，易于部署和網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)。

Flash-OFDM網(wǎng)絡(luò)的核心----無(wú)線路由器是一個(gè)集成了無(wú)線基站和IP接入路由器功能的設(shè)備，能夠提供全面的移動(dòng)性和覆蓋廣域網(wǎng)絡(luò)的能力。圖2顯示了Flash-OFDM的組網(wǎng)情況及無(wú)線路由器在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的位置。無(wú)線路由器連接到所有的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，并和IP網(wǎng)絡(luò)相聯(lián)，它集成了所有的網(wǎng)絡(luò)接入功能，可以無(wú)限地?cái)U(kuò)展IP網(wǎng)絡(luò)邊緣。

跳頻技術(shù)應(yīng)用

根據(jù)擴(kuò)展頻譜的方式不同，擴(kuò)頻通信系統(tǒng)可分為：直接序列擴(kuò)頻(DS)、跳頻(FH)、跳時(shí)(TH)、線性調(diào)頻以及以上幾種方法的組合。

跳頻系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：能大大提高通信系統(tǒng)抗干擾、抗衰落的能力；能多址工作而盡量不互相干擾；不存在直接擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的遠(yuǎn)近效應(yīng)問(wèn)題，即可以減少近端強(qiáng)信號(hào)干擾遠(yuǎn)端弱信號(hào)的問(wèn)題；跳頻系統(tǒng)的抗干擾性嚴(yán)格說(shuō)是“躲避”式的，外部干擾的頻率改變跟不上跳頻系統(tǒng)的頻率改變。例如：在GSM數(shù)字蜂窩系統(tǒng)中，跳頻技術(shù)可以提高抗衰落、抗干擾能力。跳頻技術(shù)對(duì)于靜態(tài)或慢速移動(dòng)的移動(dòng)臺(tái)具有很好的抗衰落效果，而對(duì)于快速移動(dòng)的移動(dòng)臺(tái)由于同一信道的兩個(gè)連接的突發(fā)脈沖序列其位置差已足以使它們與瑞利變化不相關(guān)，因此跳頻增益很小，這就是跳頻所具有的頻率分集。由于跳頻時(shí)頻率在不停的變化，頻率的干擾是瞬時(shí)的，因此跳頻具有干擾分集。

跳頻增益的大小在很大程度上取決于跳頻數(shù)量的多少，跳頻數(shù)量越多其跳頻增益越大，而跳頻數(shù)量越少，相應(yīng)的跳頻增益就越少。但是，模擬仿真結(jié)果也同時(shí)表明，當(dāng)跳頻數(shù)量達(dá)到一定程度后，由于跳頻數(shù)的增加引起的跳頻增益的增加是有限的。

由于跳頻技術(shù)具有的種種優(yōu)點(diǎn)，特別是引入跳頻后能減少干擾，提高網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量；通過(guò)跳頻等相關(guān)無(wú)線鏈路控制技術(shù)的應(yīng)用，可以極大地提高頻率復(fù)用度，從而達(dá)到提高容量的目的；同時(shí)，由于使用了跳頻技術(shù)，也大大降低了頻率規(guī)劃的工作量。跳頻技術(shù)在實(shí)際中的應(yīng)用日益廣泛，如GSM網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線局域網(wǎng)、藍(lán)牙等都越來(lái)越多的應(yīng)用了跳頻技術(shù)。