通信工程师考试移动通信新技术

12.1.3 移动通信新技术

为适应移动通信宽带化发展的趋势，3G+,E3G,B3G及4G等移动通信系统采用了众多的新技术，如：OFDM技术、智能天线和空时编码技术、无线链路增强技术、软件无线电技术、链路自适应技术、MIMO技术等。

1.正交频分复用技术

未来的移动通信业务将从话音扩展到数据、图像、视频等多媒体业务，因此，对服务质量和传输速率的要求越来越高。这对移动通信系统的性能提出了更高的要求。因此，必须采用先进的技术有效地利用宝贵的频率资源，以满足高速率、大容量的业务需求；同时克服高速数据在无线信道下的多径衰落，降低噪声和多径干扰，达到改善系统性能的目的。在各类无线通信系统中，ISI(符号间干扰）一直是影响通信质量的重要因素。目前的移动通信系统采用自适应均衡器来解决这一问题。但是用户数越多均衡器的抽头数就越多，这对硬件的处理速度提出了很高的要求，并将大大提高设备的复杂程度和成本。因此，当同样能够有效对抗ISI的正交频分复用（OFDM)技术推出时，就因其频谱利用率高、抗多径衰落性能好、成本低而被普遍看好。

OFDM技术其实是MCM(多载波调制）的一种，它在频域把信道分成许多正交子信道，各子信道间保持正交，频谱相互重叠，这样减少了子信道间干扰，提高了频谱利用率。同时在每个子信道上信号带宽小于信道带宽，虽然整个信道的频率选择性是非平坦的，但是每个子信道是平坦的，大大减少了符号间干扰。此外，通过在OFDM中添加循环前缀可增加其抗多径衰落的能力。由于OFDM把整个信道分成相互正交的子信道，因此抗窄带干扰能力很强，因为这些干扰仅仅影响到一部分子信道。正是由于OFDM具有抗多径能力强，频谱利用率高的优点，因此受到广泛关注，人们不但认为在宽带无线接入领域采用OFDM是发展的趋势，而且它将成为未来移动通信系统的关键技术。

图12-3所示是OFDM的原理图。在发送端，串行高速数据码流经串/并变换变成W路低速并行数据码流，通过IFFT得到时域信号，再插入循环前缀以克服多径引起的ISI，最后经发送滤波器、D/A转换形成OFDM信号；信号经过信道后，通过A/D、FFT变换得到频域信号，再经过检测、并/串变换得到原始高速数据码流。与相同传输速率的单载波系统相比，OFDM的每个子信道码元宽度是前者码元宽度的N倍，且其宽度远远大于信道的时延扩展^因此，OFDM的每个子载波均具有极强的抗码间干扰的能力。

图12-3 OFDM原理框图OFDM技术之所以越来越受关注，是因为OFDM有很多的优点。

　　(1)频谱利用率很高

OFDM的频谱效率比串行系统几乎高一倍，这在频谱资源有限的无线环k中尤为重要。OFDM信号的相邻子载波相互重叠，从理论上讲其频谭利用率可以接近Nyquist极限。

(2)抗衰落能力强

OFDM把用户信息通过多个子载波传输，在每个子载波上的信号时间就相应地比同速率的单载波系统上的信号时间长很多倍，使OFDM对脉冲噪卢和信道快衰落的抵抗力更强。同时，通过子载波的联合编码，达到了子信道间的频率分集的作用，也增强了对脉冲噪声和信道快衰落的抵抗力。因此，如果衰落不特别严重，就没有必要再添加时域均衡器。

(3)适合髙速数据传输

OFDM自适应调制机制使不同的子载波可以按照信道情况和噪声背景的不同使用不同的调制方式。当信道条件好的时候，采用效率高的调制方式。当信道条件差的时候，采用抗干扰能力强的调制方式。再有，OFDM加载算法的采用，使系统可以把更多的数据集中放在条件好的信道上以高速率进行传送。因此，OFDM技术非常适合高速数据传输。

(4)抗码间干扰能力强

码间干扰是数字通信系统中除噪声干扰之外最主要的干扰，它与加性的噪声干扰不同，是一种乘性的干扰。造成码间干扰的原因有很多，实际上，只要传输信道的频带是有限的，就会造成一定的码间干扰。OFDM由于采用了循环前缀，对抗码间干扰的能力很强。

OFDM已成为下一代移动通信系统核心技术之一将OFDM技术与M1MO技术结合，可以在不增加系统带宽的情况下提供更高的数据传输速率、获得更高的频谱效率：同时通过MIMO技术的分集特性达到很强的可靠性。

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