无线通信新技术

程翰林

摘 要：无线通信最根本的要求和目标是信号在无线信道中能够可靠、高速的傳输，为了满足这一需求，各种新型通信技术不断涌现出来，OFDM技术的出现能够有效减少无线通信过程中经常遇到的衰落、干扰及噪声对信号产生的影响，从而大幅度提高无线通信系统的信道容量与传输速率。基于此，OFDM技术在民用与军用无线通信领域得到越来越广泛的应用。

关键词：无线通信；OFDM技术；应用

中图分类号： TN914 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2017）05-175-2

0 引言

OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）正交频分复用技术是一种多载波信号传输技术，由于其在具体应用的过程中能够增强系统抗干扰能力、提高传输的有效性和可靠性，近年来成为无线通信领域被广泛应用的新型技术，优势显著。本文对这种无线通信新技术展开研究，分析OFDM技术的发展与应用。

1 无线通信新技术OFDM发展概况

作为近年来兴起的一种无线通信新技术，OFDM具备较强的实用价值。在技术水平日新月异的今天，OFDM却能凭借自身优势在无线通信领域占据一席之地，引起了相关行业的广泛关注。下面对OFDM技术的基本概念、特点进行阐述和总结，分析其优势所在，并对其发展历程进行概述，为进一步研究其应用价值奠定基础。

1.1 OFDM技术基本介绍

在各类通信环境当中，符号间干扰、多经效应及频率选择性衰落都将导致误码的产生，致使传输效率的降低，在传统通信手段中往往要为此付出较大代价，且收效甚微。近年来，随着数字广播、宽带接入与移动通信需求的不断增加，为了满足这种需求，专家学者展开了全面而深入的研究，一种全新的技术手段——OFDM技术应运而生。OFDM正交频分复用技术作为一种多载波数字调制技术，与单载波技术不同，它的基本思想是将一个高速串行数据流转换为多路低速并行数据流，在多个带宽小于相干带宽且相互正交的窄带子信道上并行传输，目的是使每一个子信道上的信道衰落特性变成平坦衰落，因而有效避免了窄带干扰和频率选择性衰落，大大提高了抗衰落能力和频谱利用率[1]。

1.2 OFDM基本特点

OFDM技术之所以被广泛应用，与其所表现出的特点具有一定关系：其一，OFDM技术有很强的抗干扰性，尤其是抗窄带干扰性，在信号受到严重干扰的情况下依旧能保持较强的数据稳定性与传输能力，OFDM技术对通信介质特性进行实时监控，并自适应控制载波的通断，以保证通信质量；其二，OFDM技术有很高的频谱利用率，能够在较小的带宽条件下完成较大数据的传输；其三，OFDM技术能有效对抗频率选择性衰落，由于采用多载波同时传输，某个或某几个子信道的衰落并不会对系统造成太大影响；其四，OFDM技术系统结构简单，方便实现[2]。

1.3 OFDM产生与发展

OFDM的思想最早产生于60年代，在该技术提出之后由于当时的历史条件方面的限制，运用模拟滤波器实现起来的系统复杂度较高，导致发展受到阻碍；70年代，S.B.Weinstein 提出运用离散傅里叶变换（DFT）实现多载波调制，这一研究内容为OFDM技术的发展奠定坚实了理论基础，也为其具体实现提供了依据；80年代，L.J.Cimini 率先分析了有关于OFDM技术在移动通信中应用存在的问题与解决方法，至此之后，OFDM技术在通信领域方面的具体应用逐渐得到重视，如火如荼地发展起来[3]。

2 OFDM技术在无线通信中的应用分析

当前无线通信领域已经处于一个高度发展的状态，无论是数字广播、无线接入还是移动通信网络都向着高速、宽带的方向前进，伴随着OFDM技术的加入，系统性能在不断提高。

2.1 OFDM技术在数字广播系统中的应用

目前，OFDM技术已经被大多数字广播系统采用，作为其物理层标准，如韩国的T-DMB系统、日本的ISDB系统、欧洲的DAB系统、DVB系列等等，其中，DAB标准由欧洲电信标准协会首次提出，它是首次采用OFDM的标准。DMB系统由DAB发展而来，在DAB的基础上加入了多媒体功能，能在高速移动中传输清晰的图像。OFDM技术凭借自身优势能够有效缓解多径时延扩展问题，满足单频组网（SFN）的要求，使整个系统的频谱利用率得以提高，以此成为OFDM技术在数字广播系统中应用的催化剂。

但需要特别注意的问题有三点，第一是在SFN中，不同发射机之间存在频偏和时偏，不但使接收信号之间丧失了正交性，还缩短了接收信号的保护间隔，无法对抗多普勒频移，因此，必须保证发射机间的时偏在保护间隔的10%以内，频偏在子载波间隔的1%以内，建议使用GPS或北斗授时使两地时钟同步，即可解决问题。第二是由于不同发射机所在位置不同，到达接收机存在路径差，这个差值会使不同发射机发出的信号到达接收机存在时间差，但只要两个信号的传播时延小于OFDM符号的循环前缀，就不会出现符号间干扰和信道间干扰，而且还能获得分集接收的好处。第三是接收机内的本振波动或多普勒频移的影响是系统无法忽视的，这就需要子载波之间保持一定的频率间隔，为了尽量减小由此造成的子载波间干扰，需要保证多普勒频移远小于子载波间隔[4]。

2.2 OFDM技术在宽带无线接入中的应用

在民用领域，以OFDM为基础的WiMAX宽带技术经历了迅猛的发展，已经被国际电信联盟纳入移动设备的全球标准体系之中。采用WiMAX的空中接口标准，为数据的传输效率与网络吞吐量提供保障。对于WiMAX而言，其物理层有OFDM物理层和OFDMA物理层两种实现方式。OFDM物理层的载波个数为256个，这256个载波只能为同一个用户并行传输数据，且上下行链路的复用方式不同，分别采用TDMA和TDM；而OFDMA物理层可以支持128-2048点的FFT点数，使载波带宽可以在1.25MHz-20MHz之间调节，以适应不同地区的需求，同时载波集可以分为多个载波子集分配给多个接收机使用，以实现多路访问[5]。

在军用领域，信息战作为现代化战争的主要组成部分，对军用无线接入提出了更高的要求。信息高效可靠地传输是制胜的关键，这就少不了OFDM技术的加入。OFDM技术凭借其有效对抗干扰、衰落、时延扩展及灵活的子载波分配调度能力，展现出广阔的应用前景。

2.3 OFDM技术在移动通信网络中的应用

随着移动通信网络的快速发展，未来业务将以包含数据、语音、视频等大量信息的高质量多媒体业务为主，且传输速率将越来越高、传输带宽将越来越大，这需要一系列关键技术的支持，以追求高速、高QoS，这就必须增强抗衰落、抗干扰能力、提高频谱利用率，迫切需要OFDM作为物理层的调制技术。对于移动通信网络而言，其信号在传输中主要有三种衰落方式，用户位置快速移动导致的时间选择性衰落、传播过程中波束角扩散所引发的空间选择性衰落以及引起频率选择性衰落[6]。 4G作为第四代通信网络，实际上是以OFDM技术为核心的通信网络，采用了多种新型的网络传输技术，之所以应用OFDM技术，主要是其抗干扰能力较强，信号传输效果较好，符合移動通信网络传输的基本要求。在通信网络数据传输中，传统频分复用的缺点就是网络数据传输的频谱利用率较低。子载波数量较多时，将导致通信网络拥塞，速率降低。OFDM技术有效克服了这一缺点，得以广泛应用。

2.4 OFDM技术在无线网络融合中的应用

移动通信网络的信息服务领域已经逐渐被拓宽，在原有基本语音业务的基础之上，不断加入丰富的业务，如视频通话、在线多媒体等，这就对数据的传输效率提出较高的要求。从目前的实际应用情况来看，当前4G网络条件下传输效率已经得到明显提升，OFDM技术优势也表现了出来。固定网络的网速也越来越快，并向着移动化发展。广播电视同样进入了信息服务时代，传统的单向传输的电视业务已不能满足现今交互应用的需求。可见，三网融合已是大势所趋。

要传输高质量视频、实现互动功能靠单一网络是很难办到的，在未来的发展中，移动网络、固定网络、广电网络三网融合已经成为必然的发展趋势，也必将带来三网传输技术的融合，OFDM技术作为多种技术的基础，将有利于三网融合的实施，加速无线网络融合的实现。

3 结论

综上所述，作为一种新型无线通信技术手段，OFDM技术凭借其自身优秀的抗干扰、抗多径能力及高频谱利用率、灵活子载波分配等特点，能够适应不同的环境要求，保证信号有效、可靠地传输，其伴随着通信网络的发展而成长，具有极为广阔的发展前景。

参 考 文 献

[1] 胡心怡，方睿，李日欣，郭庆.OFDM技术发展综述[J].通信技术，2010（08）：132-134.

[2] 邓小科，曹型兵.OFDM和MIMO无线通信技术研究[J].山西电子技术，2011（01）：58-59.

[3] 王君.OFDM技术在海上无线通信系统的应用分析[J].无线通信技术，2011（02）：36-39.

[4] 张啸.浅谈OFDM技术[J].中国新通信，2012（11）：56-60.

[5] 刘敏恒.OFDM（正交频分复用）技术抗干扰性能分析[J].通讯世界，2013（17）：12-14.

[6] 袁丽娜，吴世欣.4G网络新技术——OFDM技术的研究[J].无线互联科技，2015（03）：23-24.