綜合分析OFDM技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用

從技術(shù)層面來(lái)看，第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)將有望以O(shè)FDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）為核心技術(shù)，主要理由是無(wú)線電頻率使用效益高、抗噪聲能力強(qiáng)、適合高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)�。然而OFDM仍有許多問(wèn)題待解決，不過(guò)部分標(biāo)準(zhǔn)的制訂工作已經(jīng)接近尾聲且即將商用化（如數(shù)字音頻廣播），目前，OFDM技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于無(wú)線局域網(wǎng)領(lǐng)域，但若要應(yīng)用在移動(dòng)通信領(lǐng)域仍需時(shí)日。

目前OFDM技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于廣播式的音頻、視頻領(lǐng)域和民用通信系統(tǒng)中，主要的應(yīng)用包括：非對(duì)稱的數(shù)字用戶環(huán)路（ADSL）、ETSI標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字音頻廣播（DAB）、數(shù)字視頻廣播（DVB）、高清晰度電視(HDTV)、無(wú)線城域網(wǎng)、無(wú)線局域網(wǎng)（WLAN），甚至3G的CDMA也開(kāi)始引入OFDM技術(shù)思想以提升其性能。

技術(shù)不再陌生

OFDM（正交頻分復(fù)用技術(shù)）是一種無(wú)線環(huán)境下的高速傳輸技術(shù)。眾所周知，無(wú)線信道的頻率響應(yīng)曲線大多是非平坦的，而OFDM技術(shù)的主要思想就是在頻域內(nèi)將給定信道分成許多正交子信道，在每個(gè)子信道上使用一個(gè)子載波進(jìn)行調(diào)制，并且各子載波并行傳輸。這樣，盡管總的信道是非平坦的，具有頻率選擇性，但是每個(gè)子信道是相對(duì)平坦的，在每個(gè)子信道上進(jìn)行的是窄帶傳輸，信號(hào)帶寬小于信道的相應(yīng)帶寬，因此就可以大大消除信號(hào)波形間的干擾。由于在OFDM系統(tǒng)中各個(gè)子信道的載波相互正交，于是它們的頻譜是相互重疊的，這樣不但減小了子載波間的相互干擾，同時(shí)又提高了頻譜利用率，如圖所示。另一方面，OFDM技術(shù)也存在缺陷：對(duì)頻率偏移和相位噪聲很敏感；峰值與均值功率比相對(duì)較大，這個(gè)比值的增大會(huì)降低射頻放大器的效率。

應(yīng)用日益廣泛

近年來(lái)，圍繞OFDM存在的兩個(gè)缺陷，業(yè)內(nèi)人士進(jìn)行了大量研究工作，并且已經(jīng)取得了進(jìn)展。OFDM技術(shù)既可用于移動(dòng)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，也可以用于固定的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，它通過(guò)在樓層、使用者、交通工具和現(xiàn)場(chǎng)之間的信號(hào)切換，有效地解決了其中的信息沖突問(wèn)題。

領(lǐng)域一:高清晰度數(shù)字電視廣播

OFDM在數(shù)字廣播電視系統(tǒng)中取得了廣泛的應(yīng)用，其中數(shù)字音頻廣播（DAB）標(biāo)準(zhǔn)是第一個(gè)正式使用OFDM的標(biāo)準(zhǔn)。另外，當(dāng)前國(guó)際上全數(shù)字高清晰度電視傳輸系統(tǒng)中采用的調(diào)制技術(shù)中就包括OFDM技術(shù)，歐洲HDTV傳輸系統(tǒng)已經(jīng)采用COFDM（coded OFDM：編碼OFDM）技術(shù)。它具有很高的頻譜利用率，可以進(jìn)一步提高抗干擾能力，滿足電視系統(tǒng)的傳輸要求。選擇OFDM作為數(shù)字音頻廣播和數(shù)字視頻廣播（DVB）的主要原因在于：OFDM技術(shù)可以有效地解決多徑時(shí)延擴(kuò)展問(wèn)題。

因此不難看出，OFDM技術(shù)良好的性能使得它在很多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。歐洲的DAB系統(tǒng)使用的OFDM調(diào)制技術(shù)其試驗(yàn)系統(tǒng)已在運(yùn)行，很快吸引了大量聽(tīng)眾。它明顯地改善了移動(dòng)中接收無(wú)線廣播的效果，用于DAB的成套芯片的開(kāi)發(fā)工作正在一項(xiàng)歐洲發(fā)展項(xiàng)目中進(jìn)行，它將使OFDM接收機(jī)的價(jià)格大大降低，其市場(chǎng)前景非常看好。

領(lǐng)域二：無(wú)線局域網(wǎng)

大家知道，HiperLAN/2物理層應(yīng)用了OFDM和鏈路自適應(yīng)技術(shù)，媒體接入控制（MAC）層采用面向連接、集中資源控制的TDMA/TDD方式和無(wú)線ATM技術(shù)，最高速率達(dá)54Mbps，實(shí)際應(yīng)用最低也能保持在20Mbps左右。另外，IEEE 802.11無(wú)線局域網(wǎng)工作于ISM免許可證頻段，分別在5.8GHz和2.4GHz兩個(gè)頻段定義了采用OFDM技術(shù)的IEEE 802.11a和IEEE 802.11g標(biāo)準(zhǔn)，其最高數(shù)據(jù)傳輸速率提高到54Mbps。

技術(shù)的不斷發(fā)展，引發(fā)了融合。一些4G及3.5G的關(guān)鍵技術(shù)，如OFDM技術(shù)、MIMO技術(shù)、智能天線和軟件無(wú)線電等，開(kāi)始應(yīng)用到無(wú)線局域網(wǎng)中，以提升WLAN的性能。如802.11a和802.11g采用OFDM調(diào)制技術(shù)，提高了傳輸速率，增加了網(wǎng)絡(luò)吞吐量。802.11n計(jì)劃采用MIMO與OFDM相結(jié)合，使傳輸速率成倍提高。另外，天線技術(shù)及傳輸技術(shù)，使得無(wú)線局域網(wǎng)的傳輸距離大大增加，可以達(dá)到幾公里（并且能夠保障100Mbps的傳輸速率）。

而對(duì)于今后要開(kāi)展的在無(wú)線局域網(wǎng)中的多媒體業(yè)務(wù)來(lái)說(shuō)，最高為54Mbps的數(shù)據(jù)傳輸速率還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。為了進(jìn)一步提升無(wú)線局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸速率，實(shí)現(xiàn)有線與無(wú)線局域網(wǎng)的無(wú)縫結(jié)合，IEEE成立了IEEE 802.11n工作小組，以制定一項(xiàng)新的高速無(wú)線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。IEEE 802.11n計(jì)劃將WLAN的傳輸速率從802.11a和802.11g的54Mbps增加至108Mbps以上，最高速率可達(dá)320Mbps，成為802.11b/a/g之后的另一場(chǎng)重頭戲。和以往的802.11標(biāo)準(zhǔn)不同，802.11n協(xié)議為雙頻工作模式（包含2.4GHz和5.8GHz兩個(gè)工作頻段）。這樣802.11n保證了與以往的802.11a/b/g標(biāo)準(zhǔn)兼容。

領(lǐng)域三：寬帶無(wú)線接入

OFDM技術(shù)適用于無(wú)線環(huán)境下的高速傳輸，不僅應(yīng)用于無(wú)線局域網(wǎng)，還在寬帶無(wú)線接入（BWA）中得到應(yīng)用。IEEE 802.16工作組專門負(fù)責(zé)BWA方面的技術(shù)工作，它已經(jīng)開(kāi)發(fā)了一個(gè)2GHz～11GHz BWA的標(biāo)準(zhǔn)—IEEE 802.16a，物理層就采用了OFDM技術(shù)。該標(biāo)準(zhǔn)不僅是新一代的無(wú)線接入技術(shù)，而且對(duì)未來(lái)蜂窩移動(dòng)通信的發(fā)展也具有重要意義。

在BWA領(lǐng)域，一些公司開(kāi)發(fā)的技術(shù)雖然都基于OFDM，但有各自的特色，形成一些專利技術(shù)，如Cisco和Iospan公司的Vector OFDM（VOFDM）、Wi-LAN公司的Wideband OFDM（WOFDM）、Flarion公司的flash-OFDM。其中，VOFDM由Cisco公司支持，WOFDM則由Wi-LAN公司提出，構(gòu)成了基于兩個(gè)組織的OFDM兩大陣營(yíng)：寬帶無(wú)線Internet論壇（BWIF）和OFDM論壇，它們力圖使自己的OFDM模式成為標(biāo)準(zhǔn)。其中由Wi-LAN公司倡導(dǎo)的OFDM論壇，有50多個(gè)成員，其中有如Breezecom、start-up BeamReach Networks和Nokia等參加，主要是協(xié)調(diào)提交到IEEE的OFDM提案。而寬帶Internet論壇（BWIF）則是在Cisco倡導(dǎo)下，由IEEE工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)組織IEEE-ISTO成立的，其主要目標(biāo)是提供低成本寬帶無(wú)線接入技術(shù)，號(hào)召采用基于VOFDM的標(biāo)準(zhǔn)作為解決方案。

領(lǐng)域四：3G CDMA的新概念

為滿足未來(lái)無(wú)線多媒體通信需求，人們?cè)诩泳o實(shí)現(xiàn)3G系統(tǒng)商業(yè)化的同時(shí)，開(kāi)始了后3G（Beyond 3G）的研究。從技術(shù)方面看，3G主要以CDMA技術(shù)為核心技術(shù)，而未來(lái)移動(dòng)通信系統(tǒng)則以O(shè)FDM技術(shù)最受矚目。在寬帶接入系統(tǒng)中，由于OFDM系統(tǒng)具備良好的特性，將成為下一代蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的有力支撐。

另外一個(gè)事實(shí)是，3G網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)在面臨諸多的問(wèn)題，例如它的數(shù)據(jù)傳輸速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到廣告中宣稱的2Mbps，其實(shí)際傳輸速度僅為0.4Mbps左右，而當(dāng)網(wǎng)絡(luò)繁忙時(shí)可能連這一速度的三分之一都達(dá)不到。這一狀況僅僅足夠傳輸高質(zhì)量的音頻，用戶要想傳輸高質(zhì)量的視頻恐怕還需要繼續(xù)等待。

CDMA技術(shù)為了對(duì)抗多徑干擾，需要更復(fù)雜的均衡及調(diào)制，實(shí)現(xiàn)起來(lái)非常困難。為了推動(dòng)3G的發(fā)展，人們開(kāi)始研究將OFDM技術(shù)的優(yōu)勢(shì)引入到CDMA系統(tǒng)中，推出MC-CDMA技術(shù)。與普通的DS-CDMA相比，MC-CDMA系統(tǒng)具有下述優(yōu)點(diǎn)：

（1）具有更大的靈活性。例如，在OFDM信號(hào)中加入保護(hù)時(shí)間帶來(lái)的靈活性，可以使得在不同小區(qū)環(huán)境中達(dá)到最佳的頻譜利用率；

（2）高容量，高性能。由于頻率交織，系統(tǒng)提供了更多重?cái)?shù)的頻率分集，因此，可以應(yīng)用不同檢測(cè)方法充分挖掘這種分集提供的增益；

（3）高抗干擾性；

（4）不需要均衡。由于多載波調(diào)制的特性，它將高速率信號(hào)分割成多個(gè)低速率信號(hào)，使得信號(hào)波形間的干擾得到消除，因此可以不需要均衡。

綜上所述，在時(shí)代交替之際，舊有系統(tǒng)之整合與升級(jí)是產(chǎn)業(yè)關(guān)心的話題，目前大家談的是GSM如何升級(jí)到第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)，而未來(lái)則是CDMA如何與OFDM技術(shù)相結(jié)合？可以預(yù)計(jì)，CDMA絕對(duì)不會(huì)在第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)中消失，而是將成為其應(yīng)用技術(shù)的一部份，或許未來(lái)也會(huì)有新的整合技術(shù)如OFDM/CDMA產(chǎn)生。前文所提到的數(shù)字音頻廣播，其實(shí)它真正運(yùn)用的技術(shù)是OFDM/FDMA的整合技術(shù)，同樣是利用兩種技術(shù)的結(jié)合。因此未來(lái)以O(shè)FDM為核心技術(shù)的第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)，也將會(huì)結(jié)合兩項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。