OFDM在4G,5G中的应用于展望 .pdfVIP

OFDM在4G和5G通信中的应用和展望

OFDM发展及简介

在传统的多载波通信系统中，整个系统频带被划分为若干个互相

分离的子信道（载波）。载波之间有一定的保护间隔，接收端通过滤

波器把各个子信道分离之后接收所需信息。这样虽然可以避免不同信

道互相干扰，但却以牺牲频率利用率为代价。而且当子信道数量很大

的时候，大量分离各子信道信号的滤波器的设置就成了几乎不可能的

事情。上个世纪中期，人们提出了频带混叠的多载波通信方案，选择

相互之间正交的载波频率作子载波，也就是我们所说的OFDM。OFDM

的英文全称为OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing,中文

含义为正交频分复用技术。这种“正交”表示的是载波频率间精确的

数学关系。按照这种设想，OFDM既能充分利用信道带宽，也可以避

免使用高速均衡和抗突发噪声差错。

正交频分复用OFDM是一种多载波并行传输系统，通过延长传输

符号的周期，增强其抵抗回波的能力。与传统的均衡器比较，它最大

的特点在于结构简单，可大大降低成本，且在实际应用中非常灵活，

对高速数字通信量一种非常有潜力的技术。OFDM技术由于具备频谱

利用率高，有较强的抗多径干扰、抗频率选择性衰落和频率扩散能力

等特点，是一种非常适用于无线环境的高速数据传输技术。其中OFDM

技术的特点是网络结构高度可扩展，具有良好的抗噪声性能和抗多信

道干扰能力，可以提供比目前无线数据技术质量更高的服务和更好的

性能价格比，能为4G无线网提供更好的方案。

OFDM优点，不足之处，技术难题

—

1.OFDM主要优点：

（1）OFDM技术的最大优点是对抗频率选择性衰落或窄带干扰。

在单载波系统中，单个衰落或干扰能够导致整个通信联络失败，但是

在多载波系统中，仅仅有很小一部分载波会受到干扰。对这些子信道

还可以采用纠错码来进行纠错。

（2）通过各子载波的联合编码，可具有很强的抗衰落能力。OFDM

技术本身已经利用了信道的频率分集，如果衰落不是特别严重，就可

以通过将各个信道联合编码，则可以使系统性能得到提高。

（3）可以有效地对抗信号波形间的干扰，适用于多经环境和衰

落信道中的高速数据传输。当信道中因为多径传输而出现频率选择性

衰落时，只有落在频带凹陷处的子载波以及其携带的信息受影响，其

他的子载波未受损害，因此系统总的误码率性能要好得多。

（4）高的频谱利用率，这点在目前频谱资源稀缺的无线环境中

非常重要。当子载波个数很大时，系统的频谱利用率趋于2Baud/Hz。

（5）在窄带带宽下也能够发出大量的数据。

（6）基于DFT的OFDM有快速算法，而且算法的复杂度可以由

DSP的发展来弥补。

（7）简化了均衡器设计，或者根本不需要均衡器，且数据传速

率可调。

（8）OFDM还采用了功率控制和自适应调制相协调的工作方式。

2.OFDM主要的不足之处

（1）对频率偏移、定时和相位噪声比较敏感，容易带来衰耗。

传输的非线性会造成互调失真（IMD），此时信号具有较高的噪声电平，

信噪比一般不会太高，失步和多普勒平移所造成的频率偏移是信道间

失去正交特性，仅仅1%的频偏就会造成信噪比下降30db。所以精确

欢迎下载2

—

定时和减少频偏对OFDM尤为重要。如果做不到这点，OFDM的正交性

将无法保证，必须引起各子载波之间的相互干扰和ISI。

（2）峰值与平均值比较相对大，这个比值增大和降低射频放大

器的功率效率。而且由于输出信号的峰均比（PAR）高，正交频分复

用信号输出信号有较大的动态范围，所以对放大器的线性要求较高。

（3）OFDM自适应跳频技术会相应增加发射机和接收机的复杂度。

（4）引入的保护间隔降低了信道利用率。添加循环前缀技术利

用的是离散线性系统原理中的一个概念。我们知