OFDM技術(shù)有代替CDMA趨勢導(dǎo)航新一代無線技術(shù)

　　在無線通信技術(shù)不長的發(fā)展歷史中，每個(gè)發(fā)展階段都曾出現(xiàn)過風(fēng)行一時(shí)的核心技術(shù)。

　　過去的十年似乎成為了CDMA(碼分多址技術(shù))的時(shí)代，以CDMA為核心的IS-95系統(tǒng)成為2G技術(shù)的重要組成部分，3G技術(shù)更是成了CDMA的一統(tǒng)天下。

　　但是，近幾年來，隨著下一代無線通信系統(tǒng)的研發(fā)，OFDM(正交頻分復(fù)用)技術(shù)大有取而代之之勢。從WLAN到WiMAX、Flash-OFDM，從LTE到B3G，還有UWB，OFDM幾乎成了新一代無線通信技術(shù)的標(biāo)志。

　　這種革命性的變化因何而起？OFDM的制勝因素在何處呢？

　　OFDM技術(shù)優(yōu)勢

　　OFDM技術(shù)之所以有代替CDMA，成為新一代無線通信核心技術(shù)的趨勢，是因?yàn)樗�具有如下的�?yōu)點(diǎn)：

　　頻譜效率高

　　由于FFT處理使各子載波可以部分重疊，理論上可以接近Nyquist極限。以O(shè)FDM為基礎(chǔ)的多址技術(shù)OFDMA(正交頻分多址)可以實(shí)現(xiàn)小區(qū)內(nèi)各用戶之間的正交性，從而有效地避免了用戶間干擾。這使OFDM系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)很高的小區(qū)容量。

　　帶寬擴(kuò)展性強(qiáng)

　　由于OFDM系統(tǒng)的信號(hào)帶寬取決于使用的子載波的數(shù)量，因此OFDM系統(tǒng)具有很好的帶寬擴(kuò)展性。小到幾百kHz，大到幾百M(fèi)Hz，都很容易實(shí)現(xiàn)。尤其是隨著移動(dòng)通信寬帶化(將由￡5MHz增加到最大20MHz)，OFDM系統(tǒng)對(duì)大帶寬的有效支持，成為其相對(duì)于單載波技術(shù)(如CDMA)的“決定性優(yōu)勢”。

　　抗多徑衰落

　　由于OFDM將寬帶傳輸轉(zhuǎn)化為很多子載波上的窄帶傳輸，每個(gè)子載波上的信道可以看作水平衰落信道，從而大大降低了接收機(jī)均衡器的復(fù)雜度。相反，單載波信號(hào)的多徑均衡的復(fù)雜度隨著帶寬的增大而急劇增加，很難支持較大的帶寬(如20MHz)。

　　頻譜資源靈活分配

　　OFDM系統(tǒng)可以通過靈活的選擇適合的子載波進(jìn)行傳輸，來實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的頻域資源分配，從而充分利用頻率分集和多用戶分集，以獲得最佳的系統(tǒng)性能。

　　實(shí)現(xiàn)MIMO技術(shù)較簡單

　　由于每個(gè)OFDM子載波內(nèi)的信道可看作水平衰落信道，多天線(MIMO)系統(tǒng)帶來的額外復(fù)雜度可以控制在較低的水平(隨天線數(shù)量呈線性增加)。相反，單載波MIMO系統(tǒng)的復(fù)雜度與天線數(shù)量和多徑數(shù)量的乘積的冪成正比，很不利于MIMO技術(shù)的應(yīng)用。

　　OFDM技術(shù)實(shí)現(xiàn)中的問題

　　雖然基于上述優(yōu)點(diǎn)，OFDM已成為新一代無線通信最有競爭力的技術(shù)，但這種技術(shù)也存在一些內(nèi)在的局限和設(shè)計(jì)中必須注意的問題：

　　子載波的排列和分配

　　OFDM子載波可以按兩種方式排列：集中式(Locolized)和分布式(Distributed)。

　　集中式即將若干連續(xù)子載波分配給一個(gè)用戶，這種方式下系統(tǒng)可以通過頻域調(diào)度(scheduling)選擇較優(yōu)的子載波組(用戶)進(jìn)行傳輸，從而獲得多用戶分集增益。

　　另外，集中方式也可以降低信道估計(jì)的難度。但這種方式獲得的頻率分集增益較小，用戶平均性能略差。

　　分布式系統(tǒng)將分配給一個(gè)用戶的子載波分散到整個(gè)帶寬，從而獲得頻率分集增益。但這種方式下信道估計(jì)較為復(fù)雜，也無法采用頻域調(diào)度。設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況在上述兩種方式中靈活進(jìn)行選擇。

　　PAPR問題

　　OFDM系統(tǒng)由于發(fā)送頻域信號(hào)，峰平比(PAPR)較高，從而會(huì)增加了發(fā)射機(jī)功放的成本和耗電量，不利于在上行鏈路實(shí)現(xiàn)(終端成本和耗電量受到限制)。在未來的上行移動(dòng)通信系統(tǒng)中，很可能將采用改進(jìn)型的OFDM技術(shù)，如DFT-S(離散傅麗葉變換擴(kuò)展)-OFDM或帶有降PAPR技術(shù)(子載波保留、削波)的OFDM。

　　頻偏問題和相位噪聲

　　OFDM系統(tǒng)由于子載波寬度較窄，對(duì)頻偏和相位噪聲敏感(導(dǎo)致子載波間正交性惡化)。因此OFDM子載波寬度必須仔細(xì)選定，既不能太大(頻譜效率較低)，也不能太小(難以支持高速移動(dòng))。

　　信道估計(jì)和導(dǎo)頻設(shè)計(jì)

　　OFDM系統(tǒng)的信道估計(jì)，從某種意義上講，比單載波復(fù)雜。需要考慮在獲得較高性能的同時(shí)盡可能減小開銷。因此導(dǎo)頻插入的方式(時(shí)分復(fù)用還是頻分復(fù)用)及導(dǎo)頻的密度都需要認(rèn)真考慮。

　　多小區(qū)多址和干擾抑制

　　OFDM系統(tǒng)雖然保證了小區(qū)內(nèi)用戶間的正交性，但無法實(shí)現(xiàn)自然的小區(qū)間多址(CDMA則很容易實(shí)現(xiàn))。

　　如果不采取任何額外設(shè)計(jì)，系統(tǒng)將面臨嚴(yán)重的小區(qū)間干擾(WiMAX系統(tǒng)就因缺乏這方面的考慮而可能為多小區(qū)組網(wǎng)帶來困難)�？赡艿慕鉀Q方案包括：跳頻OFDMA、小區(qū)間頻域協(xié)調(diào)、干擾消除等。

　　OFDM技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

　　較早采用OFDM技術(shù)包括DAB(數(shù)字廣播)和DVB(數(shù)字電視)。隨后，寬帶無線接入系統(tǒng)IEEE802.11g/a、802.16d/e、802.20(可能基于Flash-OFDM)也以O(shè)FDM/OFDMA技術(shù)為基礎(chǔ)。

　　同時(shí)，目前正在研發(fā)的3GPPLTE(長期演進(jìn))技術(shù)也很可能選用OFDM及其改進(jìn)型(下行OFDM、上行DFT-S-OFDM)作為基本多址技術(shù)。

　　另外,近距離通信IEEE802.15.3aUWB技術(shù)的兩個(gè)備選方案之一也采用了MB(多載波)-OFDM。預(yù)計(jì)未來的B3G技術(shù)也將基于OFDM。

　　總之，目前無線通信領(lǐng)域所有的新興技術(shù)幾乎都以O(shè)FDM為核心，OFDM技術(shù)已經(jīng)成為下一代無線通信技術(shù)的風(fēng)向標(biāo)。


----《通信產(chǎn)業(yè)報(bào)》