正交频分复用技术及其在4G移动通信中的应用

康殿柱

摘要：正交频分复用（OFDM）技术是一种多载波数字调制技术，它广泛应用于各个领域，值得注意的是，正交分频复用（OFDM）技术以其频谱资源利用充分、抗干扰能力强等特点在4G移动通信中发挥着重要的作用。对此，本文首先对正交频分复用技术的基本原理进行阐述，再分析正交频分复用技术运用的优势，最后介绍了正交频分复用技术在4G移动通信中的应用，通过对正交频复用技术以及其应用的探讨，以期对未来正交频分复用技术的发展能起到一定的促进作用。

关键词：正交频分复用；频谱资源；4G移动通信；应用

中图分类号：TN914 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）07-0040-02

移动通信技术在科学技术的推动下得到了很大的发展，人们对于更高数据传输速度以及更大容量的带宽要求对移动通信技术起到了很大的推动作用，第四代移动通信（4G）系统正是在这种背景下经过长时间研究、探索而产生的。4G移动通信以其高速的信息传输速率为人们工作生活提供了便利之处，正交分复用分频（OFDM）技术具有许多对于4G通信技术非常适用的优点，它是作为4G移动通信的核心技术而存在的，在4G移动通信技术中发挥着不可替代的作用。因此，对OFDM技术及其在4G移动通信中的应用的研究与探讨具有非常重要的意义。

1 正交频分复用技术基本原理

正交频分复用（OFDM）技术是一种能对多个子载波进行自动调制的技术，它的基本原理是将串行的高速数据流通过变换处理转换成多路并行的低速数据流，然后通过对子载波的调制实现所有路并行数据的并行传输，更深入一点来说，也就是高速的信息数据流在进过变换后，转换为在多个子信道中的低速传输的信息数据流，由于信息数据流在每个子信道上进行的是窄带传输，因此它的信道带宽与信号带宽相比要大一些，这就为消除信号波形之间的干扰提供了最大程度的保障。OFDM的基本原理如圖1所示。

2 正交频分复用技术运用的优势

基于正交频分复用技术的原理，其在运用中的优势有以下几点：

（1）信号的抗多径干扰能力强：时延扩展对信道在传输信号时的质量会有较大的影响，它会造成信号的失真和干扰。OFDM技术采用的调制方式是对多个子载波进行调制，它是通过将信道划分为多个子信道来实现的，由于数据信息流在每个子信道中低速传输，所以很大程度上减少了信号的多径干扰，对传输的信号进行了有效的保护。除此之外，OFDM技术采用了添加循环前缀的方法，相邻码元之间的保护隔离使相邻码元之间的距离增大，这种方法对于码元之间的干扰的减小起到了很好的作用。

（2）抗频率选择性衰落能力强：OFDM技术采用的是子载波传输信息，子载波传输的速率较低，每一路子载波的带宽比相关带宽小，从而避免了因载波带宽大于相干带宽时出现的随载波频率变化而变化的频率选择性衰落。为了适应目前的信息传输速率，往往会不断增加信号带宽而提高信号传输速率，但是这样就使频率选择性衰落变得更强，OFDM技术的应用很好地解决了这个问题，确保频率选择性衰落的抵抗能力更强。

（3）频谱资源的利用率较高：传统的频分复用（FDM）技术采用的是互相不重叠的子信道进行信息的多路传输，各个子信道之间留有用来进行分隔的未被中分利用的防护频段，因此频谱的利用不充分。OFDM技术的没路子载波相互正交重叠，且没有FDM技术中的防护频段，因此OFDM技术中的频谱资源利用率较高。OFDM技术与FDM技术频谱资源利用率对比如图2所示。

（4）支持非对称业务：所谓非对称是指下行链路中的传输速率大于上行链路中的传输速率，由于OFDM采用的是多个子信道进行信息传输，而各个子信道的传输速率可以不同，这就实现了一般的无线业务需求的高速率非对称业务的传输。

（5）灵活性高：OFDM技术由于采用的是多个子信道传输数据信息，每路子载波的调制方式都可以根据各个子载波所在子信道的特性自动调整，并且每路子载波的调制方式都与其所在子信道特性有关，因此各不相同，具有较好的灵活性。

（6）可扩展性较好：OFDM技术与其他多址方式结合使用较为容易，例如与TDMA、MIMO、FDMA相结合成的OFDM-TDMA、MIMO-OFDM、OFDMA，这使得多个用户可以同时使用OFDM技术进行数据信息传输，可扩展性较好。

（7）适合高速数据传输：OFDM技术可以使子载波通过区分新到的不同自行选择相应的调制方式，信道条件在较优和较差的条件下可以选择不同的调制方式，信道较优时为了获得最大频谱效率而选择较高阶的调制，当信道较差时为了确保信噪比可以选择抗干扰能力较强的低阶调制，除此之外，OFDM技术采用的算法为加载法，这种算法能够激昂大量的数据集中起来放在较优的信道上高速传输出去。这些特点都说明了OFDM技术非常适合高速数据的传输，我们的4G移动通信技术也利用了它高速传输的特点，取得了很好的效果。

3 正交频分复用技术在4G移动通信中的应用

第四代移动通信（4G）系统的关键技术包括以下这些：（1）信息调制和传输技术；（2）高速的抗干扰性强接入技术；（3）低成本、高性能、小型化、自适应阵列的智能天线技术；（4）大容量且低成本的光接口和无线接口技术；（5）系统资源管理技术；（6）软件结构技术以及软件无线电技术。

但是正交频分复用（OFDM）技术被认为才是4G移动通信的核心技术，在4G移动通信中发挥着非常重要的作用。

4G移动通信相比3G移动通信的特点是大大提高数据速率，而移动通信在提高数据速率时面临多径信道时延扩展的制约，这是因为信道的带宽如果低于数据速率，那么信号传输将会失真，信号传输质量严重下降。OFDM技术以其频谱利用率高、抗干扰能力强、抗频率选择性衰落能力强等特点为4G移动通信数据传输速率的提高提供了关键的技术，因此OFDM是被认为4G移动通信的核心技术。

4 结论与展望

正交频分复用（OFDM）技术优点很多，它的抗干扰能力、频谱利用率、抗频率选择性衰落能力等等都是非常好的，因此正交频分复用技术逐渐得到了包括移动通信在内的许多领域的认可，尤其在移动通信领域中，它是作为4G移动通信的核心技术而存在的，因此它发挥着的作用是其他技术不能相比的。但是正交频分复用技术也存在一些缺点，这些缺点使得OFDM技术还需要进行深入的研究，近年来，随着4G移动通信的发展，对于正交频分复用技术的研究越来越深入，相信该技术的未来发展及应用领域会越来越广。

参考文献

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