基于OFDM技術的4G通信網(wǎng)絡應用

　　在OFDM系統(tǒng)中，為了最大限度地消除符號間干擾，在每個OFDM符號之間要插入保護間隔，該保護間隔長度Tg一般要大于無線信道的最大時延擴展，這樣一個符號的多徑分量就不會對下一個符號造成干擾。

　　在這段保護間隔內(nèi)，可以不插入任何信號，即保護間隔是一段空閑的傳輸時段。然而在這種情況中，由于多徑傳播的影響，會產(chǎn)生信道間干擾，即子載波之間的正交性遭到破壞，使不同的子載波之間產(chǎn)生干擾。為了消除由于多徑傳播造成的信道間干擾，將原來寬度為T的OFDM符號進行周期擴展，用擴展信號來填充保護間隔，如下圖3所示：

　　將保護間隔內(nèi)的信號稱為循環(huán)前綴（Cyclicprefix）。由圖3可以看出，循環(huán)前綴中的信號與OFDM符號尾部寬度為Tg的部分相同。在實際系統(tǒng)中，OFDM符號在送入信道之前，首先要加入循環(huán)前綴，然后送入信道進行傳送。接收端首先將接收符號開始的寬度為Tg的部分丟棄，將剩余的寬度為T的部分進行傅立葉變換，然后進行解調(diào)。

　　通過在OFDM符號內(nèi)加入循環(huán)前綴可以保證在FFT周期內(nèi)，OFDM符號的延時副本內(nèi)所包含的波形的周期個數(shù)是整數(shù)。這樣，時延小于保護間隔Tg的時延信號就不會在解調(diào)的過程中產(chǎn)生信道間干擾。

　　通過對上述兩個技術環(huán)節(jié)的分析可以看出，OFDM的調(diào)制解調(diào)技術可以降低硬件實現(xiàn)的復雜度；循環(huán)前綴技術可以有效消除由于多徑傳播造成的信道間干擾影響。這些對于4G通信系統(tǒng)降低設備成本以及提高信號質(zhì)量都是至關重要的。

　　3 OFDM與CDMA技術的比較分析

　　作為4G中的核心技術，4G通信系統(tǒng)在頻譜利用率、高速率多媒體服務的支持、調(diào)制方式的靈活性及抗多徑信道干擾等方面優(yōu)于3G通信系統(tǒng)。

　　這主要緣于4G采用的OFDM技術與3G中采用的CDMA技術在其技術特點上存在著差異。下面就從抗多徑干擾、調(diào)制技術以及峰均功率比這三個方面對OFDM與CDMA的技術特點進行對比分析。

　　3.1 抗多徑干擾

　　無線信道中，由于信道傳輸特性不理想容易產(chǎn)生多徑傳播效應，多徑傳播效應會造成接收信號相互重疊，產(chǎn)生信號波形間的相互干擾，使接收端判斷錯誤，從而嚴重地影響信號傳輸?shù)馁|(zhì)量，易造成符號間干擾。

　　CDMA系統(tǒng)中，為了減小多徑干擾，CDMA接收機采用了分離多徑（RAKE）分集接收技術來區(qū)分和綁定多路信號能量。為了減少干擾源，RAKE接收機提供一些分集增益。然而由于多路信號能量不相等，試驗證明，如果路徑數(shù)超過7或8條，這種信號能量的分散將使得信道估計精確度降低，RAKE的接收性能下降就會很快。

　　OFDM將高速率的信號轉換成低速率的信號，從而擴展了信號的周期，減弱了多徑傳播的影響，同時通過加循環(huán)前綴的方式，使各子載波之間相互正交，減少了ISI和各信道間的干擾，在4G的多媒體通信中能夠提高通信質(zhì)量。

　　3.2 調(diào)制技術

　　CDMA系統(tǒng)中，下行鏈路采用了多載波調(diào)制技術，但每條鏈路上的調(diào)制方式相同，上行鏈路不支持多載波調(diào)制，這使得CDMA系統(tǒng)喪失了一定的靈活性；同時，由于此鏈路的非正交性，使得不同調(diào)制方式的用戶會產(chǎn)生很大的噪聲干擾。

　　OFDM的上、下行鏈路都采用多載波調(diào)制技術，并且每條鏈路中的調(diào)制方式也可以根據(jù)實際信道的狀況/自適應調(diào)制0,從而更加靈活。在信噪比（SNR）滿足一定要求的前提下，對質(zhì)量好的信道可以采用高階調(diào)制技術（16QAM等）；在信道質(zhì)量差的情況下，可以采用低階調(diào)制技術（QPSK等），從而使系統(tǒng)可以在頻譜利用率和誤碼率之間得到最佳配置。

　　3.3 峰均功率比

　　峰均功率比就是峰值與均值的功率比，定義為信號的最大峰值功率和同一信號平均功率之比，簡稱峰均比。

　　在實際應用中這是一個不容忽視的重要因素。因為較高的PAPR將導致發(fā)送端對功率放大器的線性要求也較高，這意味著要設備的功耗將增大，因此就要提供額外功率、電池備份和擴大設備的尺寸，從而導致設備成本的提高。

　　CDMA系統(tǒng)的PAPR一般在5-11dB,并會隨著數(shù)據(jù)速率和使用碼數(shù)的增加而增加。OFDM信號是由多個獨立的經(jīng)過調(diào)制的正交子載波信號疊加而成，這種合成信號有可能產(chǎn)生比較大的峰值功率，從而帶來較大的PAPR。目前，用來控制OFDM的PAPR的技術主要有以下兩種：

　?。?）信號失真技術

　　采用修剪技術、峰值窗口去除技術或峰值刪除技術使峰值振幅值簡單地線性去除。

　?。?）擾碼技術

　　采用擾碼技術，使生成的OFDM的互相關性盡量為0,從而使OFDM的PAPR減少。具體的實現(xiàn)技術包括：編碼、局部擾碼、部分發(fā)送序列。

　　綜上所述，在抗多徑干擾、調(diào)制技術方面，OFDM的性能優(yōu)于CDMA技術，并且可以通過其他技術來降低其峰均功率比。與第三代移動通信系統(tǒng)相比，OFDM以其更加靈活的調(diào)制方式、更強的抗多徑干擾的能力以及更高的頻譜利用率，全面提高了4G通信系統(tǒng)的性能，改善了4G移動業(yè)務的服務質(zhì)量，并且大幅度降低了4G通信系統(tǒng)的成本，因而成為4G中不可或缺的核心技術。

　　4 結語

　　OFDM通過頻域劃分互相正交的子信道使其頻譜效率與傳統(tǒng)的頻分復用技術相比有顯著提高，同時由于子信道可以劃分得很窄因而每一個子信道都很平坦，避免了使用復雜的均衡器。通過使用循環(huán)前綴，一方面消除了OFDM符號間干擾，另一方面保證了子載波之間的正交性，這對于頻率選擇性衰落信道克服多徑干擾尤其有效。但是，OFDM還不是盡善盡美并存在許多問題需要解決。日后在4G的深入研究中應考慮將OFDM與其他技術進行結合（OFDM-CDMA等），從而達到更好的通信質(zhì)量。