影响无线通信未来的几项技术革新( 二 )


1. 正交频分复用(OFDM)和多载波通信
正交频分复用(OFDM)是多载波传输的特例,一个高速的数据流用多个低速的子载波进行传输 。由于超大规模集成电路(VLSI)的进步,使得高速大规模的快速傅立叶变换(FFT)芯片成为可能,OFDM技术也成为了商用高速宽带无线通信技术的主要候选 。另外,OFDM技术还拥有许多独特的性质使得它颇具吸引力:由于低速并行子载波上符号速率的增加,OFDM技术可以对抗多径衰落和码间干扰 。(对于给定的延时扩展,OFDM接收机的复杂度大大小于单载波情况下使用均衡技术 。);OFDM技术通过运用自适应调制和子载波上的功率分配技术有效的利用了射频频带资源,而这些都可以用可编程数字信号处理器实现;由于窄带干扰只能作用于子载波的一小部分,OFDM技术因而具有了抗窄带干扰能力;与其他宽带接入技术不同,OFDM技术无需连续的带宽资源;OFDM是单频网络成为可能,而这非常适用于广播应用 。
事实上,在过去的几年,OFDM技术已广泛用于宽带数据通信中,如高达1.6Mb/s的高比特率数字用户环路(HDSL)、高达6Mb/s的非对称数字用户环路(ADSL)、高达100Mb/s的超高数率数字用户环路(VDSL)、数字音频广播、数字视频广播 。OFDM还被引入新的无线局域网标准,包括IEEE 802.11a和IEEE 802.11g,在5GHz范围提供高达54Mb/s的速率 。在高性能局域网如HIPERLAN/2和ETSI-BRAN中也有采用 。OFDM技术还被用于了IEEE 802.16的城域网标准和综合业务数字广播(ISDB-T)设备中 。
当今的潮流表明,OFDM技术将成为第四代宽带多媒体无线通信系统的调制技术 。然而在该技术得以广泛应用之前还有若干问题需要解决 。与单载波调制相比,OFDM技术有以下缺点:
OFDM固有的较高峰均功率比(PAPR),这会降低射频放大器的功率利用率 。因为多载波系统的输出是多个子信道信号的叠加,因此假如多个信号的相位一致,那么所得到的叠加信号的瞬时功率就会远远高于信号的平均功率 。这就对发射机内放大器的线性提出了很高的要求,否则会带来信号畸变,使信号频谱发生变化,从而导致各个子信道间的正交性遭到破坏,产生干扰,使系统的性能恶化 。
多载波系统对于频率偏移和相位噪声非常敏感 。由于无线信道的时变性,在传输过程中出现无线信号的频率偏移或发射机与接收机本地振荡器之间存在的频率偏差都会使OFDM系统子载波之间的正交性遭到破坏,产生子载波间的干扰(ICI),这将大大降低系统性能,除非采用适当的补偿技术 。
以上的问题影响了OFDM技术的广泛应用 。如ETSI的HIPERLAN/1标准在1996年曾考虑了OFDM技术,却最终放弃 。从那以后,许多研究多载波通信的大学和实验室开始考虑如何解决以上两个问题 。由于其固有的采用自适应调制和子载波间的功率分配的方便性,OFDM技术仍是未来宽带无线领域的一种优秀的调制技术 。将软件无线电技术和智能天线技术与之结合,OFDM技术将获得更大的性能提高 。越来越多的新的多载波通信思想结合了OFDM技术和单载波系统如扩频技术的优点 。
2. 超宽带(UWB)技术
超宽带(UWB)调制技术采用上升和下降时间都非常快的基带脉冲成形,这样脉冲占用的带宽高达几GHz,因此最大数据传输速率可达几百Mbps 。这样避免了传统的窄带调制技术所需的上变频过程 。另外由于发射机的脉冲成形不经过上变频直接用于天线,UWB技术可以利用低成本的宽带发射设备 。
UWB技术除了带宽大,通信速率高之外,还有许多其他有点 。首先,UWB通信的保密性好,其系统发射功率谱密度非常低,有用信息完全沉没在噪声中,被检测到的概率很低 。其次,UWB能抗多径衰落,因为UWB系统每次的脉冲发射时间很短,在反射波到达之前,直射波的发射和接收已经完成,所以UWB系统适合在高速移动环境下使用 。而且,UWB通信被称为无载波的基带通信,它几乎是全数字通信系统,所需要的射频和微波器件很少,因此减小了系统复杂性 。可以说,UWB通信是一种低成本、低功耗、高速率、简单有效的优秀无线通信方式 。

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