利用OFDMA加速可提升4G網(wǎng)絡(luò)傳輸質(zhì)量

盡管3G無線設(shè)備仍在部署中，但整個(gè)無線生態(tài)系統(tǒng)卻已開始定義和設(shè)計(jì)4G系統(tǒng)。雖然3G和4G系統(tǒng)并沒有嚴(yán)格定義上的差別，但在所能支持的最高數(shù)據(jù)速率方面，標(biāo)準(zhǔn)組織內(nèi)似乎正在達(dá)成共識(shí)。諸如HSPA等3G系統(tǒng)的上行和下行速率分別為5到10Mbps和15到20Mbps。與3G系統(tǒng)相比，4G系統(tǒng)設(shè)計(jì)的這兩個(gè)指標(biāo)高出5到10倍，其上/下行速率分別在50Mbps和100Mbps以上。

目前的3G無線通信通過在物理傳輸層采用碼分多址(CDMA)技術(shù)一直在成功地為新應(yīng)用提供更多帶寬。與通過頻率或時(shí)間分割在同一信道傳送多個(gè)數(shù)據(jù)的老方法不同，CDMA利用伴隨每條信道代碼的建設(shè)性干擾特性實(shí)現(xiàn)復(fù)用，從而在電信運(yùn)營(yíng)商所用的整個(gè)頻譜內(nèi)傳送數(shù)據(jù)。CDMA在分組切換語音無線領(lǐng)域被證明是有效的；與以前系統(tǒng)相比，擴(kuò)頻技術(shù)允許更有效、更靈活地利用帶寬。

就4G標(biāo)準(zhǔn)而言，兩個(gè)主要的3G標(biāo)準(zhǔn)組織――第三代合作伙伴計(jì)劃(3GPP)和第三代合作伙伴計(jì)劃第二組(3GPP2)已指出，正交頻分多址(OFDMA)是它們選用的物理層傳輸技術(shù)。

OFDM概述

OFDMA以正交頻分復(fù)用(OFDM)為基礎(chǔ)。OFDM技術(shù)出現(xiàn)已有段時(shí)間了，且已用在ADSL、Wi-Fi (802.11a/g)、DVB-H及其它高速數(shù)字傳輸系統(tǒng)中。因而OFDM在蜂窩無線領(lǐng)域的最初實(shí)現(xiàn)是定點(diǎn)接入的WiMAX 802.16d也就不足為奇了。該無線技術(shù)已被用于提供高速因特網(wǎng)接入――既可作為諸如ADSL或有線等其它接入技術(shù)的替代，又可在其它接入技術(shù)沒覆蓋的地區(qū)提供服務(wù)。

在OFDM中，采用快速傅立葉變換(FFT)將可用帶寬分成數(shù)學(xué)上正交的許多小帶寬。而頻帶的重構(gòu)是由快速傅立葉反變換(IFFT)完成的。FFT和IFFT都是定義得很完善的算法，當(dāng)大小為2的整數(shù)倍時(shí)，可被非常高效地實(shí)現(xiàn)。OFDM系統(tǒng)的典型FFT大小是512、1024和2048，而較小的128和256也是可能的?？芍С?、10和20 MHz帶寬。該技術(shù)的一個(gè)優(yōu)異特性是易于改用其它帶寬。即便整個(gè)可用帶寬改變了，較小的帶寬單元也可維持不變。例如：10MHz可分成1,024個(gè)小頻帶；而5MHz可分成512個(gè)小頻帶。這些典型大小為10 kHz的小頻帶被稱為子載波。

圖1：在OFDM系統(tǒng)中，可用帶寬分割成許多子載波。

‘多徑’效應(yīng)是目前無線系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)之一。多徑來自發(fā)射器和接收器間的反射，反射在不同時(shí)刻到達(dá)接收器。分離各反射的時(shí)間間隔被稱為延遲擴(kuò)展。當(dāng)延遲擴(kuò)展與發(fā)送的符號(hào)時(shí)間(Symbol Time)大致相等時(shí)，這種干擾有可能引發(fā)問題。典型的延遲擴(kuò)展時(shí)長(zhǎng)幾微秒，與CDMA符號(hào)時(shí)間接近。OFDMA的符號(hào)時(shí)間大致在100微秒，因而多徑現(xiàn)象的影響不太嚴(yán)重。為緩解多徑效應(yīng)，在每一符號(hào)后插入一個(gè)約10微秒、稱為循環(huán)前綴的警戒邊帶。

為得到更高數(shù)據(jù)速率，OFDM系統(tǒng)必須比CDMA系統(tǒng)更有效地利用頻寬。每單位赫茲的位數(shù)稱為頻譜效率。采用高階調(diào)制是實(shí)現(xiàn)更高效率的方法之一。調(diào)制是指每一子載波發(fā)送的位數(shù)。例如，在正交振幅調(diào)制(QAM)中，每載頻發(fā)送2位。在16 QAM和6? QAM中，每個(gè)子載波分別發(fā)送4和6位。在4G系統(tǒng)，因預(yù)期會(huì)采用6? QAM，所以其頻譜效率很高。

圖2：用于LOS和NLOS環(huán)境的WiMAX技術(shù)。