OFDM—第四代无线通信的技术核心( 二 )


OFDM不存在这个缺点,它答应各载波间频率互相混叠,采用了基于载波频率正交的FFT调制,由于各个载波的中心频点处没有其他载波的频谱分量,所以能够实现各个载波的正交 。尽管还是频分复用,但已与过去的FDMA有了很大的不同:不再是通过很多带通滤波器来实现,而是直接在基带处理,这也是OFDM有别于其他系统的优点之一 。OFDM的接收机实际上是一组解调器,它将不同载波搬移至零频,然后在一个码元周期内积分,其他载波由于与所积分的信号正交,因此不会对这个积分结果产生影响 。OFDM的高数据速率与子载波的数量有关,增加子载波数目就能提高数据的传送速率 。OFDM每个频带的调制方法可以不同,这增加了系统的灵活性,大多数通信系统都能提供两种以上的业务来支持多个用户,OFDM适用于多用户的高灵活度、高利用率的通信系统 。
4 OFDM的主要技术
4.1 调制方式
OFDM系统的各个载波可以根据信道的条件来使用不同的调制,比如BPSK、QPSK、8PSK、16QAM、64QAM等等,以频谱利用率和误码率之间的最佳平衡为原则 。选择满足一定误码率的最佳调制方式可以获得最大频谱效率 。多径信道的频率选择性衰落会导致接收信号功率大幅下降,达到30dB之多,信噪比也大幅下降 。使用与信噪比相匹配的调制方式可以提高频谱利用率 。众所周知,可靠性是通信系统运行是否良好的重要考核指标,因此系统通常选择BPSK或QPSK调制,这样可以确保在信道最坏条件下的信噪比要求,但是这两种调制的频谱效率太低 。假如使用自适应调制,那么在信道好的时候终端就可以使用较高的调制,同样在终端靠近基站时,调制可以由BPSK(1bit/s/Hz)转化成16QAM ~ 64QAM(4~6 bit/s/Hz),整个系统的频谱利用率得到大幅度的改善,自适应调制能够使系统容量翻番 。但任何事物都有其两面性,自适应调制也不例外 。它要求信号必需包含一定的开销比特,以告知接收端发射信号所采用的调制方式,并且,终端需要定期更新调制信息,这又势必会增加更多的开销比特 。OFDM技术将这个矛盾迎刃而解,通过采用功率控制和自适应调制协调工作的技术 。信道好的时候,发射功率不变,可以增强调制方式(如64QAM),或者在低调制(如QPSK)时降低发射功率 。功率控制与自适应调制要取得平衡,也就是说对于一个远端发射台,它有良好的信道,若发送功率保持不变,可使用较高的调制方案如64QAM;若功率可以减小,调制方案也相应降低,可使用QPSK 。
失真、频偏也是在选择调制时必须考虑的因素 。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使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 。信噪比限制了最大频谱利用率只能接近5~7bit/s/Hz 。自适应调制要求对信道的性能有充分的了解,假如在差的信道上使用较强的调制方式,那么就会产生很高的误码率,影响系统的可靠性 。多用户OFDM系统的导频信道或参考码字可以用来测试信道的好坏 。发送一个已知数据的码字,在满足通信极限的情况下测量出每条信道的信噪比,根据这个信噪比来确定最适合的调制方式 。
4.2 信道分配
为用户分配信道有多种方式,最主要的两种是分组信道分配、自适应信道分配 。
4.2.1 分组信道
最简单的方法是将信道分组分配给每个用户,这样可以使由于失真、各信道能量的不均衡和频偏所造成的用户间的干扰最小 。但载波分组会使信号轻易衰落 。载波跳频可以解决这个问题 。分组随机跳频空闲时间较短,约11个字符时间 。利用时间交织和前向纠错可以恢复丢失的数据,但是会降低系统容量增加信号时延 。

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