OFDM技术在5G通信中应用的研究

2022-03-17 20:48翟荣刚

宿州学院学报 2022年3期

翟荣刚

安徽邮电职业技术学院通信工程系，安徽合肥,230061

随着国内移动号码总数快速持续增长以及新型无线网络移动多媒体通信业务项目不断开发，第五代移动通信技术(5th Generation Mobile Communication Technology，简称5G)已经逐渐成为当前网络新技术的趋势[1]。传统技术中的频分全双工移动通信技术系统在技术上分为中高时分移动全双工(Time Division Duplex,TDD)通信方式和高低频分移动全双工(Frequency Division Duplex,FDD)通信方式两种。其中，TDD是在同一个频率的不同时隙上传和接收信号[2]，而FDD可以在两个不同的频段同时上传和接收信号。FDD通信实现了同屏数据同时传输，理论上提高系统软件的高效频段，因此成为5G移动通信技术的核心技术。本文就OFDM技术对提高5G移动通信系统容量和频谱效率的功能进行介绍和分析。

1 OFDM技术介绍

多载波调制是将若干个高速传输的载波数据流分成若干个低速数据流，并调制多个子载波[3]。传统的高频并行处理多通道载波通信系统主要是在所有载波频段内切割网络带宽，然后将其发送到子载波通道。因此，每个频段的中间基本没有重叠。事实上，它在频带内且使用率非常低。此外，通信系统的调制操作特性是否优良需要考虑的关键技术评价指标之一，即信号稳定性。在早期通信系统中，一般选择BPSK或QPSK方式进行调制[4]。但这两种方法调制的信号频带分辨率相对较低。现阶段，世界上主要采用的多载频无线电调制输出方式为正交频分复用技术(orthogonal frequency division multiple,OFDM)和多载波CDMA。OFDM系统将快速正交和串行通信数据流分析载波分为多通道低速正交并行处理载波数据调制和发送。这种同时调制以及构成系统的每个子载波的同时调制和发送产生不同的效果[5]。调制时必须综合考虑频道、频段信号的使用率、误码率等。以及是否可以同时实现频道高使用率和低误码率。然后考虑选择不同的信道调制方案，如8PSK、16qQAM、64qQAM等信道。如果将串行通信信号传输的符号数字码序列分成大约为符号长度为N的小段，符号传输速度将大大降低约1/N倍，周期性扩大到N倍，那么就可以大大减少串行通信信号传输的符号频率差和选择性信号衰落的影响[6]。同时，每段中的N个频率标记可以同时调制具有N个不同频率的子频率载波，这些频率间隔相等且彼此正交，从而进一步提高载频调制的效率。总而言之，OFDM技术是一种高效的多载波无线数据传输技术，可以选择性抵抗不同频率的衰落[7]。

在5G超高速度的移动用户通信应用开发场景中，为了更好、更合理地保证快速的通信业务的传输质量，通信智能管理系统必须采用正交频分复用技术。OFDM适应于用户极高的移动性，是一种多载波信号调制技术。载波信号调制是通过几个载波相移键控(Phase Shift Keying，PSK)载波调制或正交和亚高幅度载波调制来完成的[8]。OFDM技术的原理主要是将单边高速数据信号流转换成双低速高频数据流，经过多个载波并行处理，并在一系列双正交和亚高频信号上进行调制频率载波，同时实现数据的传输。根据频率载波波速，并行处理子载波标记的总宽度，从而减少多径延迟问题。根据修复传播间隔技术，每个标志内的影响基本完全消除。在修复信息区间，扩展OFDM信息进行周期性标记，从而有效预防载波间的影响。OFDM技术基于将传输网络的带宽划分为多个相互正交的子载波，然后将必须调制的信息内容附加到相互正交的子载波上。信息传输的并行处理，允许合理使用频率资源。因此，采用两种OFDM技术，不仅可以提高操作系统无线网络频段的综合利用率，还可以有效防止不同频率的系统软件选择性下降。目前，已完成系统软件无线通信数据信息远程数据传输的一项核心技术。

2 信道估计和均衡技术

首先，通信信息系统传输特性的关键在于它受到无线数据传输信道长度的限制，而发送端和无线网络协调器之间的无线数据传输数据信息路径非常复杂。信息从一个简单的无线网络的角度传输数据需要经历各种复杂差异的自然环境。无线网络信号信道的不固定，并且具有较大的频率偶然性，这会影响用户接受无线网络信号的传输强度、相位差和传输频率而经常丢帧，使其难以准确进行分析。另外，由于在当今的网络宽带无线通信信号系统中，无线网络信号信道频率具有信号频率动态选择和信号时变两个特点，这影响着OFDM通信系统对无线信号的调制和解码。因此，在调制和解码之前，对无线网络信道频率进行动态频率估计也是必要的，信道信号估计方案是保证协调器对相关数据信息信号进行适当的信号调制和解调前提。

其次，从均衡角度进行分析。由于系统为了同时准确地恢复和发送信号，因此必须对其进行信道平衡估计。这样就可以准确地获得载波上所有非空子集的每个参考信号的相位和载波幅度，然后根据载波计算出的载波信道质量信息内容，对载波接收到的信号质量进行均衡。OFDM通信技术在选择简单的时域均衡代替复杂的无线网络先进的频时域均衡的基础上，大大简化了无线网络接收机工作的复杂性，使OFDM通信技术更适用于无线通信，但以对无线通信信道响应函数的准确估计为前提。

同样，如果接收端采用无线网络差分信号来检查信号，则不一定要进行总信道宽度估计。此时，虽然基本的信道导频参数还没有被包含在邻信道标记中，但是这种调制方式一般容易将信道噪声值增加3 dB，而且无法利用频带利用率较高的多载波调制技术，仍需要一些导频信号提供初始的参考相位。这也说明采用差分信号信噪比不仅可以大大降低系统软件工作的复杂度、减少导频元件总数，而且也大大损失了系统软件信噪比。在这种类型的OFDM通信系统中，对系统的相对频偏比较敏感，所以接收端一般会利用相干检测技术检验。因此，对于相干的信道检测的OFDM监测系统和采用OFDMA检测方案，选择信道估计和平均衡估计是必要的。以上内容是对无线网络信道音量估计与平衡问题的分析。根据判决结果上报调制通道数估计调制方式，该机构也是在调制推送端，每个输出必须调制发送信息内容，通过通道号和调制，然后推送到调制信号伺服电机中，并且每个输出的信号经过OFDMA调制后发送，发送设备连接无线天线，经过无线网络接收通道端后发送到无线网络协调器[9]。在一个协调器中，信道状态信息(CSI)是它获得的一个基本概念，是用它来假设在两个OFDM信道标记的一定时间间隔内，信道不产生Variety。数据传输前的第一步必须是推送一个OFDM作为实践值的标记，为此得到CSI的原始数据信息值，然后应用之前的实践标记来估计所有解密的数据库系统的值。判定信道意见反馈估计方法的关键类型是：根据以往OFDM中使用标志进行数据信息估计来判定信道标准值估计技术方法，以及使用band-pass filters 过滤具有隔音降噪功能的带通滤波器根据判定信道的反馈判断信道标准值估计的技术方法，使用最小均方信道估计误差估计规则来确定信道标准值估计技术方法根据被判决信道的反馈，选择奇数标准信道标准值估计技术方法，采用傅立叶变换方法合理降低信道计算机算法复杂度的技术方法,以及选择一步企业抽头反馈方式提高不同频率的信道利用率判决信道标准值估计技术方法。

判决反馈方法由于导频传输数据中不一定需要导频传输标志，我们可以合理地进一步提高系统软件导频传输数据的效率。这种处理方法的主要技术缺陷之一是很容易造成系统偏差或随时随地传播，严重降低整个操作系统的特性，甚至可能造成整个系统的瘫痪，通常是不可能真正保证一个快速的通信系统。由于系统软件负责人反映的优化算法在实际操作中容易造成较大偏差和扩散而耗时，如果使用多种串行通信频率标记编码序列或应用导频标记，占用一定的高效数据信息网络带宽，则有可能大大降低系统的数据传输分辨率。尤其是只需要在多种超高速应用场景或时变信道中使用时，导频或时变练习数据信息编码序列必须根据传输的数据不断升级。那么时变信道中导频数据信息的数据传输解决方案效果会大大降低，更严重的将会损害信道数据流分析的传输速度。另外，从信道导频估计的角度，在分析导频信道盲的估计和测量方法时，大致可以分为三类：非全时盲信号安全信道精确测量估计、非盲信道估计和半盲信道估计。

所谓盲错误估计是指不能直接使用数据信息导频发送短信，立即导频发送数据导频数据信号，根据导频应用系统软件对应的导频信息资源管理分析技术，立即得到对导频信道数据信号响应的错误估计。关键是利用各种类型的输入、输出以及对信道数据信号的各种统计分析，来准确衡量信息内容。非盲区的估计常被称为基于无线网络导频发送信号的估计方法。这种信道估计计算方法中最传统的方法是最小二乘估计算法。该类方法首先根据射频接收有效数据信号数据信息，得到频段内各导频点的数据信息信道插值方法。然后，根据数据信息信道内插方法响应算法得到有效数据信号，数据信息和导频点在该点的数据信息信道内插方法响应，进一步根据平滑估计完成数据信息信道平衡。利用时域和传导频率的抽象来进行频率无线电信道的精确测量和估计的最大似然估计法(MLCE)和MMSE估计法是两个经典的估计算法。MLCE分析方法不仅要利用导频信号信道的支撑点对导频数据信号点的特征进行统计分析和频率稳定性的固定统计分析，而且还需要结合无线天线的边缘两侧不同的导频信号通道，连接处两个不同导频信道点之间的间隔可以通过适度的操作来减少。这在特定频率无线电通信专业的制定和完成过程中不会轻易导致重复的实际操作。MMSE方法的估计技术必须事先准确理解二维主参数变换通道的时变相关矩阵，该算法比其他类型的MLSE方法更复杂，但时变估计分析特性更强，并且是二维的。主参数时变信道估计实体模型时变估计结构化分析技术算法基本上是一种具有必要性和实用价值的估计算法；根据二维插值法主要参数时变信道实体模型估计分析方法时变信道估计结构化分析技术算法，时变估计分析算法不仅要能够将信道整合到不同视角自动估计和跟踪时变信道；二维插值法维纳滤波器时变分析估计算法基于理论计算非常复杂，一些时变估计分析算法必须定量设置每个时变信道与时间之间的时变相关矩阵，预先在每个时变通道之间改变频率稳定性。在现实中，设计方案基本上只是基于算法来进行时变估计。一旦在具体时变估计中与具体情况不完全匹配，估计很可能会大大减少二维主参数时变信道估计实体模型。半盲信息信道量的估计大部分是利用算法常用的安全信道信息内容和文件格式来估计半盲信息内容的安全信道和信道容量。

总之，导频标记作为一种辅助信道估计算法，是OFDM系统软件中应用最广泛的方法。在引用的信道规范的基础上，需要对信道估计算法进行科学研究。根据导频信道估计方法和半盲信道估计算法，需要多种信道估计方法。在合理的数据流分析中，需要插入导频数据信号，这降低了合理的信息传输速率，所以在信道中如何在估计中正确选择导频编码序列也需进一步深入分析。其中，各种经典的算法也有不同的缺陷，原始的经典算法相对较弱，并且存在频率稳定性问题；最小二乘算法算法很容易造成混叠效应，特别是对于大延迟信道的特性改善；ML和MMSE 算法需要一些先验知识，因此无法保证它们的有用性。本文的主要目的是提高信道估计的精度或降低算法的复杂度，并进一步分析和讨论基于导频技术的经典信道估计算法的一些问题。另外，还考虑信道估计算法是在OFDM系统软件和每个客户精确同步的条件下建立的。

每个OFDM传输信号的载频和抗压幅度值应该由一定频域内若干个正交和余弦传输信号组成，当载波抗压强度的幅度较大时，信号载波频率和抗压强度幅值将逐渐向伽马分布扩展。因此，较大的OFDM之间的信号很可能比功率PAPR有更大的输出问题，而较高的输出功率PAPR可能对无线电系统软件有更好的功率信号放大。输出功率信号放大器(High Power Amplifier,HPA)和模数转换器对其线性电平有一定的规定。但是，如果随电流的电功率超过某个最大值，则可能会传递离散系统的特性，这可能会损害多载波中间和带外辐射源的互调效应。这会导致D/A转换器或前置功放产生的OFDM信号硬削波，主要表现为带内脉冲噪声和带外辐射器信号的丢帧。带外辐射源的频谱可以通过有效的方法进行缩减，带内噪声导致子载波间正交性的丧失，进一步主要表现为系统的误差差异性能。

虽然关于如何降低PAPR的方法有很多，但目前还没有一种方法可以有效解决OFDM原有的高PAPR问题，解决OFDM信号衰减系数对信道估计性能的影响。因此，如何保证协调器信道估计的准确性，抑制峰均比对科学研究具有重要意义。从对PAPR抑制研究成果的分析来看，关键在于信号预失真技术、信号置乱技术和编码方法。

信号预失真技术的核心是根据离散系统的解决方案，在信号传输到放大器之前，将具有相对较大PAPR的信号传输到放大器，使其不超过所有放大器的信息和信息。改变截面可以防止大量PAPR的发生有以下几种方法：限幅法是对初始信号频段造成的破坏引入矩形框窗，会立即引起带外噪声，降低频段的高效率;切割法是离散系统的变换，很可能造成带内损坏和更严重的丢帧，从而可能使问题数率和性能受到更大的伤害。为了合理地摆脱由于切割带来的误码率和性能突变，可以充分考虑选择合理的无线信道编解码技术。从而，本文提到了一种结合限制器和错误或遗漏编号的计算方法，该方法根据其他频段的特点，将信号和图像按照上采样后更高的速度进行解析，因此完成难度较大，同时会损害信号的频带特性。扩展的方法主要是在使用升压信号中较低的幅度值的基础上增加信号的均匀频率，并再次保持最高值，从而完成抑制PAPR的总体目标。但是操作系统的平均功率被放大了，功放时的mark值非常接近功放的离散系统类别，导致信号丢帧。一种经过新的设计方案和优化的缩减或扩展变换方法，各种信号的频率保持相对不变。因此，它不仅可以降低系统中的峰均比，而且可以促进小输出功率电子设备信号电阻性能的逐步提高。

3 信号扰码技术

信号扰码技术是解决方案的控制系统设计基本概念，其关键目标是使用任意不同的任意扰频信号编码序列对每个OFDM载波标记相位进行多种权重计算来任意求解，并增加每个随意从属[10]。连接点无线信道的不同载波标记相位，然后客户也可以选择小于PAPR和其他同相位载波分量的OFDM载波标记，快速进行信号传输。现阶段，这一类指优化算法的典型例子是仅有非选择性映射性质的投影(NSNM)和部分可传输编码序列(Partial Transgenic Sequence，PTS)两种方法。

NSNM 在引入更小余量的基础上改进了PAPR的应用统计特性。在SLM方法中，推送终端设备会自动创建一系列各种可选信号的组合，并在其中随机选择PAPR最小的组合。而这一切都是将有边界的信息内容推送到接收端，让协调器完成对得到的有边界信息内容进行相应的反演、变换和还原。因此，这样的求解优化算法不仅立即放弃了一些信号推送点和传输点的网络带宽，而且大大增加了所有系统的硬件开发和架构的复杂度。这种部署方式的主要技术优势可能取决于其基本的能力，可以普遍用于各种子载波部署和信号部署转换的标志值为PAPR中的值。在对发送端的相位进行傅立叶变换，PTS方法的相位信号被自动分成v个单独的相位子块，并且每个单独的子块对其相位进行独立的傅立叶变换。各个子块分别乘以两侧对应的功率电容器，其相位与功率电容器不同的旋转驱动因子信号相乘，功率电容器的每个相位相反。然后根据每个电子元件块中所有点组成的信号PAPR的选择，将OFDM空间矢量信号的最小最大相位和最佳最小相位作为旋转信号因子作为空间矢量信号处理为一侧携带的信息。PTS是载波部署频率及其部署功能模型，可以同时用于所有非空子集，并且它们可以是特别易变的，它降低了PAPR的值，即应用OFDM标记的频率，但作为关键技术成本，它进一步提高了信号推送端的网络带宽和操作系统的结构多样性。为了更好地降低复杂度，我们可以采用交织的方法对N个高度的载波进行分析，然后完成一个归一化过程，增加v部分推信号编码序列的大小。

4 编码法

它的设计理念是防止选择一个编号的物理模型，最大程度地产生一个大的峰值输出功率信号。但这种设计方法建立的PAPR性能提升的关键是保证传输速率和输出功率一致，并根据系统的网络带宽进行改进和调整，以保证信号一致强度标准。这种编号方法的具体缺点是可选择的编号样本的数量非常小，特别是当子载波的数量较大时，编号效果非常低。因此，编号方法非常适用于具有少量子载波、宽频带和一定程度稳定性的系统。

预编码技术方法的设计理念是基于每个子载波之间的信息传输进行通信，以实现降低峰均比的总体目标。这种方法在实践中易于操作、测量小，具有较好的数学理论基础。同时，由于数字本身也是纠错函数，所以在降低PAPR的同时可以保证真正的前向纠错，也可以增强频域的使用。使用离散系统分组码降低PAPR的方法只将小PAPR编码序列发送到小PAPR编码序列，这阻碍了大PAPR编码序列的应用。实际上，传统的处理高PAPR问题的方法是使用D/A转换的提升的线性类别来完成。众所周知，这种处理方式在输出功率上是不合理的，而且会减少移动应用中的电池循环次数，也是卫星通信系统中OFDM关键技术的关键点之一。

5 结语