詳解Flash-OFDM技術

由于OFDM系統(tǒng)具有良好的特性，因此將成為B3G蜂窩移動通信網(wǎng)絡的無線接入技術，其中以Flash-OFDM技術最受矚目。Flash-OFDM技術從物理層到網(wǎng)絡層都具有很多優(yōu)勢。Flash-OFDM利用快速跳頻技術對信號擴頻，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IP通信；其MAC層不但增強了空中接口的性能，而且支持全IP網(wǎng)絡接口。Flash-OFDM技術已經(jīng)成為3G的強有力對手受到廣泛關注，同樣，F(xiàn)lash-OFDM技術的聯(lián)合發(fā)送、聯(lián)合檢測、動態(tài)分組分配等許多方面還需要進一步的深入研究。

Flash-OFDM是由Flarion公司自行研發(fā)出來的無線寬帶技術，因為擁有低延遲的特點，所以能夠應用在實時數(shù)據(jù)傳輸上。相對VOFDM、WOFDM，F(xiàn)lash-OFDM的特點是能在移動環(huán)境下工作，是一種移動寬帶接入Internet解決方案。

Flash-OFDM采用FDD雙工方式。上下行鏈路是數(shù)百個子信道組成的寬帶載波(擴頻的OFDM)，傳輸數(shù)據(jù)時給每個用戶分配子信道。每個子信道采用自適應調(diào)制和先進的編碼技術，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1.5Mbit/s。

Flash-OFDM在時間上以跳頻方式使用OFDM的副載波，通過高速切換副載波，使得相鄰節(jié)點可以使用相同頻率的副載波，進而可提高頻率利用率。Flash-OFDM利用快速跳頻技術把信號擴頻，具有頻率分集能力，減小了同一小區(qū)內(nèi)的用戶間干擾，它同時具有OFDM和跳頻擴頻技術的優(yōu)點。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，支持全IP通信。

系統(tǒng)結構

Flash-OFDM使用與傳統(tǒng)IP網(wǎng)絡相同的分層結構，并把該方式應用到無線媒質(zhì)中。在Flash-OFDM網(wǎng)絡中，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層負責檢測和糾正數(shù)據(jù)傳輸?shù)腻e誤；網(wǎng)絡層負責在無線網(wǎng)絡中的路由選擇，同時也負責數(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)絡層和其它層是水平分層，為全IP網(wǎng)絡。Flash-OFDM能夠利用現(xiàn)有的IP基礎設施和協(xié)議，像其他的寬帶IP網(wǎng)絡一樣能夠滿足用戶對于高帶寬和Qos需求。

Flash-OFDM的物理層

Flash-OFDM比OFDM更強大，能夠把可利用的頻譜劃分為許多帶寬相等的頻帶，并通過在這些頻帶上快速跳頻構成擴頻蜂窩技術。擴頻蜂窩技術可以將數(shù)據(jù)打包，并在一個很寬的頻帶范圍內(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，包括頻率多樣性(可以防止信號嚴重衰落)和蜂窩間相互干擾的均化，在相鄰蜂窩間的用戶之間不會產(chǎn)生相互干擾。由于每個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，即便多個用戶在同一個蜂窩內(nèi)也不會相互干擾。

Flash-OFDM物理層的空中接口具有更大的容量和更強的頻譜效應，是所有蜂窩技術中最快的“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比特的傳輸。這一CDMA和TDMA網(wǎng)絡不具備的特性極大地降低了網(wǎng)絡全面覆蓋的復雜度，節(jié)約了網(wǎng)絡部署成本，縮短了傳輸時延，并且支持了一個靈活的數(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延、高QoS的無競爭接入、快速自動重復請求(ARQ)以及對資源(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層不但增強了空中接口的性能，而且支持全IP網(wǎng)絡接口。它的功能包括把IP包分割/重組成數(shù)百個比特的OFDM塊；采用ARQ大大降低話音的時延；提供豐富的IPQoS應用接口等。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，能支撐大量活動用戶的業(yè)務流量。它允許所有的移動用戶共享下行鏈路的帶寬資源，而且這兩個方向都實現(xiàn)了無沖突接入，讓分組數(shù)據(jù)流可以自由通過控制信道。通過在每個蜂窩區(qū)域設置各個用戶的專用控制信道，基站就可以知道各個用戶的優(yōu)先級，這樣MAC層就可以基于QoS管理用戶。同時Flash-OFDM的全IP架構可以區(qū)分每個用戶的業(yè)務和業(yè)務的優(yōu)先級(分組數(shù)據(jù)流就是很明顯的按級別分類)。Flash-OFDM的無競爭接入也縮短了傳輸總時延，然而，其他的無線接入技術卻不具備此特性，所以，用戶不得不競爭接入上行鏈路，使得在高速數(shù)據(jù)入口產(chǎn)生業(yè)務擁塞。

Flash-OFDM MAC層一個重要的特點就是能夠快速地將用戶設置為“開”或“保持”狀態(tài)，通過分配用戶需要的實時“管道”，更有效地利用帶寬、縮短時延和提高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)絡連接但沒有發(fā)送或接收信息的用戶。

(2)無線鏈路控制子層

LLC層位于MAC層之上，并利用MAC層發(fā)送和傳輸數(shù)據(jù)，主要負責保證網(wǎng)絡的可靠性。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。話音傳輸有時能允許誤比特率超過1%的情況出現(xiàn)，但是數(shù)據(jù)的傳輸對可靠性要求極高，不允許任何錯誤，一旦分組丟失，即表示整個傳輸過程失敗。Flash-OFDM利用快速ARQ來保證數(shù)據(jù)鏈路層的高可靠性。快速ARQ用于檢查數(shù)據(jù)傳輸?shù)腻e誤，如果發(fā)現(xiàn)錯誤，即命令快速重傳，整個過程所需時間小于10ms。Flash-OFDM的ARQ時延比3G低得多，使終端用戶可以隨心所欲地在無線寬帶鏈路上運行應用程序。

LLC層具有高可靠性和低時延特性的特點，它對支持交互式應用程序非常有利。相比其他技術，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)流就同樣不會受到明顯地干擾。由于Flash-OFDM技術能夠快速復用且支持多用戶，因此節(jié)省了用戶的業(yè)務費用。

Flash-OFDM的網(wǎng)絡層

網(wǎng)絡層提供MAC層和骨干網(wǎng)的接口，它的功能包括IP會話管理；管理多種工作模式，如Flash-OFDM/802.11，F(xiàn)lash-OFDM/Bluetooth雙模；可實現(xiàn)基站、移動臺和用戶的授權、認證。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IP的觀點看，F(xiàn)lash-OFDM代表了理想的空中鏈路，支持移動性和基于QoS的業(yè)務。物理層和MAC層為移動寬帶數(shù)據(jù)特殊設計，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)先級傳送不同業(yè)務，如基于IP的話音、視頻會議等�？罩墟溌肥褂脩魯�(shù)據(jù)率和頻譜利用率提高。它是基于IP的分布式網(wǎng)絡，支持實時的交互式業(yè)務和端到端的IP連接，能滿足業(yè)務提供者和運營商的需要，易于部署和網(wǎng)絡演進。

Flash-OFDM網(wǎng)絡的核心----無線路由器是一個集成了無線基站和IP接入路由器功能的設備，能夠提供全面的移動性和覆蓋廣域網(wǎng)絡的能力。圖2顯示了Flash-OFDM的組網(wǎng)情況及無線路由器在整個網(wǎng)絡中的位置。無線路由器連接到所有的移動網(wǎng)絡設備，并和IP網(wǎng)絡相聯(lián)，它集成了所有的網(wǎng)絡接入功能，可以無限地擴展IP網(wǎng)絡邊緣。

跳頻技術應用

根據(jù)擴展頻譜的方式不同，擴頻通信系統(tǒng)可分為：直接序列擴頻(DS)、跳頻(FH)、跳時(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：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；不存在直接擴頻通信系統(tǒng)的遠近效應問題，即可以減少近端強信號干擾遠端弱信號的問題；跳頻系統(tǒng)的抗干擾性嚴格說是“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，跳頻技術可以提高抗衰落、抗干擾能力。跳頻技術對于靜態(tài)或慢速移動的移動臺具有很好的抗衰落效果，而對于快速移動的移動臺由于同一信道的兩個連接的突發(fā)脈沖序列其位置差已足以使它們與瑞利變化不相關，因此跳頻增益很小，這就是跳頻所具有的頻率分集。由于跳頻時頻率在不停的變化，頻率的干擾是瞬時的，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，相應的跳頻增益就越少。但是，模擬仿真結果也同時表明，當跳頻數(shù)量達到一定程度后，由于跳頻數(shù)的增加引起的跳頻增益的增加是有限的。

由于跳頻技術具有的種種優(yōu)點，特別是引入跳頻后能減少干擾，提高網(wǎng)絡質(zhì)量；通過跳頻等相關無線鏈路控制技術的應用，可以極大地提高頻率復用度，從而達到提高容量的目的；同時，由于使用了跳頻技術，也大大降低了頻率規(guī)劃的工作量。跳頻技術在實際中的應用日益廣泛，如GSM網(wǎng)絡、無線局域網(wǎng)、藍牙等都越來越多的應用了跳頻技術。