OFDM技术在移动通信系统中的应用.docx

? ? OFDM技术在移动通信系统中的应用 ? ? 摘要：正交频分复用技术是下一代移动通信的核心技术之一。其最突出的优点是频谱利用率高、抗干扰、抗衰落，适合未来高速宽带无线通信的应用。本文对OFDM技术的基本原理进行了简要概述，并着重阐述了OFDM技术在移动通信系统中的典型应用，包括与多种多址接入技术的结合，与MIMO技术的结合。 关键词：正交频分复用，多址接入技术，多输入多输出 OFDM是一种高速数据传输技术，该技术的基本原理是将高速串行数据变换成多路相对低速的并行数据分配到若干个子信道中进行传输。由于每个子信道中的符号周期会相对增加，因此，可以减轻由无线信道的多径时延所产生的时间色散对系统造成的影响。而且还可以在OFDM符号之间插入保护间隔，令间隔大于无线信道的最大时延扩展，这样就可以最大限度地消除由于多径带来的符号间干扰。同时为了提高频谱利用率，使各子载波上的频谱相互重叠，但这些频谱在整个符号周期内满足正交性，从而保证接收端能够不失真地复原信号。 1基于OFDM的多址接入技术 除了可以作为一种调制方法，OFDM技术还易于与多种多址接入技术相结合。频分多址、时分多址和码分多址是无线通信系统中共享有效带宽的三种主要接入技术。OFDM和这些多址技术的结合能够允许多个用户同时共享有限的无线频谱，从而获得较高的系统容量。CDMA凭借其诸多的优点，成为第三代移动通信系统标准中采用的多址接入方式，因此CDMA和OFDM结合的方案成为当前研究的热点一。多载波CDMA不仅可以满足多用户共享频率资源，而且可以减少码间干扰，提高系统性能。 1.1 OFDM-FDMA OFDM-FDMA多址接入方案将传输带宽划分成正交的子载波集，通过将不同的子载波集分配给不同的用户，带宽资源可灵活的在不同移动终端之间共享，从而避免了不同用户间的码间干扰。每个用户经历不同无线信道的干扰，可以通过只将具有高信噪比的子载波分配给每个用户实现，这是一种以频率来区分不同用户的多址接入方式。 1.2 OFDM-TDMA OFDM-TDMA多址接入方案在一段时间内将全部带宽资源分配给一个用户，即在一个TDMA帧的几个时隙内，所有子载波为某个用户独占。OFDM符号在时隙中传输。传输时，采用TDD模式，可以根据业务的需要灵活调整上行和下行链路间的转换点，这使双向业务成为可能。当用户的上行链路数据大于下行链路数据时，可以调整子帧中的转换点，使用户可用的时隙增多，分配给该用户的OFDM符号数相应增加，满足用户高数据速率的需要。正是由于这种分配给用户的OFDM符号数可变，使OFDM-TDMA方案可支持具有不同数据速率的多种业务。 1.3 OFDM-CDMA 码分多址技术是3G的主流技术，窄带信号通过与扩频信号相乘而扩展为宽带信号，用户共享相同的频谱资源，而不会产生明显的干扰，提高了频谱效率。OFDM技术和CDMA技术各有利弊，因此二者结合可以取长补短，到达更好的传输效果，必然在未来移动通信系统中扮演越来越重要的角色。 1.3.1 MC-CDMA MC-CDMA(Multicarrier CDMA)系统是一种在频域扩频的方式。所谓的频域扩频是指原始数据的每个符号与扩频码各个码片相对应的各个小部分相乘后用不同的子载波进行传输，即若扩频码的长度为N，那么对应的这N个子载波传输的是相同的信息数据。一般来说不可能所有的子载波都同时处于深衰落中，因此MC-CDMA可以达到频率分集的效果。接收机在频域上能充分聚集信号的能量，从而做出最佳判决。 1.3.2 MC-DS-CDMA MC-DS-CDMA(Multicarrier Direct Sequence CDMA)系统是一种在时域扩频的方式。用户数据首先经过串并变换，将串行转换成N路并行输出，之后并行的每路数据有相同的端扩频码扩频，最后这N路数据再进行OFDM调制。扩频后的信号带宽被限制在一个子带中，相邻子带之间有1/2的重叠，且保持正交关系。这种方案引入了OFDM信令，有助于建立同步信道，因此适用于上行通信链路。 1.3.3 MT-CDMA MT-CDMA(Multitone CDMA)系统也是一种在时域扩频的方式。在该方法中，各个子载波在进行扩频之前具有满足正交性条件的最小频率间隔，即各路子数据流在扩频前调制不同的子载波所得到的已调子载波彼此正交，但经过扩频后它们的频谱不再满足正交条件。与一般的DS-CDMA相比，它采用与载频数成比例的长扩频序列，因此具有更大的扩频处理增益，能够容纳更多的用户。但是，由于子载波的频谱重叠程度非常高，从而不可避免的存在载频干扰。 2 MIMO-OFDM系统 MIMO技术是针对多径无线信道来说的，是指在发射端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线，使得系统在不增加额外频谱带宽的前提下有效地提高信道容量，并