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详解关于正交频分复用技术及其应用(下)
 
慧聪网   2005年11月9日11时54分   信息来源:《广播电视信息》    

    作者:湖南邵阳电视台 邓永红

    接上篇:详解关于正交频分复用技术及其应用(上)

6 OFDM在数字电视中的应用

  目前全球共有3套国际数字电视地面传输系统标准,美国1996年高级电视系统委员会(ATSC)研发的ATSC8-VSB;欧洲1997年提出的数字视频地面广播DVB-T COFDM;日本1999年提出的地面综合业务数字广播ISDB-T OFDM。

  欧洲DVB-T COFDM系统是欧洲数字电视广播(DVB) 开发的系列标准中的数字地面电视广播系统标准,在系列标准中DVB-T是最复杂的DVB系统。使用MPEG-2传送比特流复用,里德-索罗门(RS)前向纠错系统,采用COFDM调制方式,把传输比特分割到数千计的低比特率副载波上,用1705个载波(“2K”)或6817个载波(“8K”) 模式。“2K” 模式用于普通网,“8K” 模式用于大小单频网(SFN) ,“2K”与“8K” 系统是兼容的。

  日本提出的“综合业务数字广播”ISDB-T OFDM系统采用MPEG-2传送比特复用,OFDM调制方式,使用的编码方式、调制、传输与DVB-T COFDM基本相同,可以说是经修改的欧洲方式,不同之处在于接收方面增加了部分接收和分层传输,将整个6MHz频带划分为13个子带,每个子带432KHz,将中间一个用于传输音频信号,并大大加长了交织深度(最长达0.5秒),增加交织深度将引入长达几百毫秒的延迟影响频道转换和双向业务。ISDB-T 概念覆盖了各种服务,因此系统不得不面对各种需求,而且一个业务可能和另一个业务是不同的。

  我国清华大学微波与数字通信国家重点实验室提出的地面数字多媒体与电视广播系统(DMB-T),它采用时域同步正交频分复用技术(TDS-OFDM)。

  DMB-T传输系统既适用于地面数字多媒体电视广播系统,也适用于其它宽带传输系统。

7 OFDM在数字音频广播中的应用

  数字音频广播DAB(Digital Autio Broadeasting)于70年代末期开始研制,1986年列为欧共体Eurekal47计划,1988年基础性研究和初步的开路实验结果都显示它成为新一代广播系统的强大生命力,引起了世界各国的重视,我国部分发达城市也已着手进行研制开发,DAB有巨大的市场和经济效益,它在未来20年时间内最终要取代调频广播。

  数字音频广播的三项关键技术是:即信源编码、信道编码和网络覆盖规划。而DAB的信道编码技术是一种抗回波传输的信道编码技术,在具体处理上利用OFDM技术将信号分成大量的窄带子信道传输再用卷积码和Viterbi解码算法结合。在误码的比特与传输信道有最佳匹配,能提供大于20dB增益,这种方法的特点是使源编码的比特与传输信道有最佳匹配,有足够的误码保护,在多径反射在提供极好的服务,特别是在移动和便携状态下,接收具有高的频谱效率并能适应低的发射功率。OFDM在一定程度上综合了窄分段和宽分段各自的优点,在1.5MHz带宽中,可一起传送5-6套立体声高质量节目,信噪比可达80dB以上。

8 OFDM在第4代(4G)移动通信系统中的应用

  近年来移动通信技术飞速发展,已经历了3个主要发展阶段。每一代的发展都是技术的突破和观念的创新。第一代起源于20世纪80年代,主要采用模拟和频分多址(FDMA)技术。第二代(2G)起源于90年代初期,主要采用时分多址(TDMA)和码分多址(CDMA)技术。第三代移动通信系统(3G)可以提供更宽的频带,不仅传输话音,还能传输高速数据,从而提供快捷方便的无线应用。然而,第三代移动通信系统仍是基于地面标准不一的区域性通信系统,尽管其传输速率可高达2 Mb/s,但仍无法满足多媒体通信的要求,因此,第四代移动通信系统(4G)的研究随之应运而生。

  第四代移动通信系统的关键技术包括信道传输;抗干扰性强的高速接入技术、调制和信息传输技术;高性能、小型化和低成本的自适应阵列智能天线;大容量、低成本的无线接口和光接口;系统管理资源;软件无线电、网络结构协议等。但若从技术层面看,OFDM被认为是4G的核心技术之一。

  移动通信信道的突出特点之一就是信道存在多径时延扩展,它限制了数据速率的提高,因为如果数据速率高于信道的相干带宽,信号将产生严重失真,信号传输质量大幅度下降。而OFDM技术由于具备频谱利用率高,有较强的抗多径干扰、抗频率选择性衰落和频率扩散能力等特点,是对高速数据传输的一种潜在的解决方案,因此,OFDM技术已基本被公认为4G的核心技术之一。

  业内分析人士指出,从理论上讲,OFDM技术要优于当前全球移动运营商所采用的标准技术。但问题是其成本和兼容性等问题与当前技术相比是否具有竞争力。目前,全球移动市场普遍采用的两大通信标准是GSM和CDMA技术,这二项都比传统的模拟技术快10倍左右,而OFDM技术的速度比GSM和CDMA还要快10倍左右。

9 OFDM在3.5G宽带无线接入中的应用

  3.5GHz频段无线接入具备组网灵活,前期投入较低,成本回收较快的特点。由于无需管道和电线杆的基建支持,路由限制小,因此建网比较简单,能迅速提供服务。3.5GHz无线接入设备搬迁十分方便快捷,若加以有效的频率复用,能提供全面覆盖的接入服务。

  3.5GHz无线接入作为光纤接入的一种补充,能有效地解决了部分中小用户对高速的数据传输的需求。

  当前,3.5G地面固定无线接入技术在我国已经迅速铺开,并表现出良好的发展势头,目前已有一些公司,如中华通信公司、中国电信、中国移动、中国联通等公司采用3.5GHz无线接入网为集团用户提供宽带业务。它将有力地带动我国的无线接入技术的发展,将为用户提供更加丰富多彩的业务和服务。而在这其中OFDM更是开始广泛应用于3.5GHz无线接入系统的设备中。一些厂商纷纷在自己原有系统的基础上应用OFDM技术,大唐就是其中之一。

  大唐结合市场的需求,采用了当前无线通信领域的先进技术,有针对性的推出了在该频段上采用OFDM技术、基于IP的R2000 ACCESS OFDM 宽带无线接入系统,为运营商提供了一种经济、高效、实用的IP业务接入解决方案。

10 OFDM在WiMAX无线城域网中的应用

  IEEE802.16标准是一种无线城域网络(WMAN)技术,利用该技术可以把无线热点(hotspots)连接起来,IEEE将这个新标准编号为802.16a,又称WiMAX,即全球微波接入互操作性(Worldwide Interoperability for Microwave Access),它出现于2001年12月,在2003年1月正式获得批准,是一项无线城域网(WMAN)技术,是针对微波和毫米波频段提出的一种新的空中接口标准。802.16a标准规范中明确定义了OFDM技术作为无线数据传输方式。

  IEEE802.16a标准规定在特许频段,可以使用单载波调制或正交频分复用,对于非特许频段,必须使用正交频分复用调制方式。

  IEEE802.16a标准采用了OFDM技术,大大改进了非视距性,增加了传输距离,降低了运营成本。

11 OFDM在无线局域网中的应用

  (1)OFDM在802.11a 和802.11g中的应用

  802.11a和802.11g使用了OFDM,不同于802.11b使用的直接排序扩展频谱(DSSS)。在802.11a 和802.11g标准中,OFDM在20 MHz频段能够提供高达54 Mb/s速率的原始数据传输。另外为了支持高水准的数据容量和抵御因受各种各样无线电波影响而产生的衰减现象,OFDM 能够非常有效地使用可以利用的频谱资源。而后面的特性在未来几年内将成为非常关键的因素,因为无线网络资源已经用完,尤其是在企业环境中。

  (2)OFDM在802.11n中的应用

  802.11n专注于高吞吐量的研究,计划将WLAN的传输速率从802.11a和802.11g的54Mbps增加至108Mbps以上,最高速率可达320Mbps甚至500Mbps。这样高的速率当然要有技术支撑,而OFDM技术、MIMO(多入多出)技术等正是关键。

  OFDM技术是MCM(多载波调制)的一种,已经在802.11g标准中采用。其核心是将信道分成许多进行窄带调制和传输正交子信道,并使每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽,用以减少各个载波之间的相互干扰,同时提高频谱的利用率的技术。OFDM还通过使用不同数量的子信道来实现上行和下行的非对称性传输。

  MIMO(多入多出)技术是无线通信领域智能天线技术的重大突破,能在不增加带宽的情况下成倍地提高通信系统的容量和频谱利用率。MIMO系统在发射端和接收端均采用多天线(或阵列天线)和多通道。

  将MIMO与OFDM技术相结合,就产生了MIMO OFDM技术,它通过在OFDM传输系统中采用阵列天线实现空间分集,提高了信号质量,并增加了多径的容限,使无线网络的有效传输速率有质的提升。

  (3)OFDM在HyperLAN2中的应用

  无线局域网系列标准HiperLAN(高性能无线局域网)包括HiperLAN1和HiperLAN2,是由欧洲的欧洲通讯标准协会ETSI所制定的,在欧洲设置455MHz的频宽使用。

  HyperLAN2的技术是采用在5GHz上传输,并可用不同速度进行,最快可达到54Mbps,由于其是采用OFDM技术,所以不仅可以在室外传送,就连在室内有许多阻碍物亦可用多重路径的方式来传送,通常室内覆盖半径可达30米,户外可达到150米。

  在HiperLAN2的收发端使用FFT信号处理方式可以有效地实现OFDM,这样,与传统的FDM系统相比,采用OFDM的HiperLAN2系统可大大降低硬件设备的复杂度,并且有效提高频谱利用率,在时间扩散环境中尽可能的抑制因多径传输而产生的符号间干扰和码片间干扰。

  (4)OFDM在超宽带(UWB)无线通信技术中的应用

  UWB技术是一种与其它技术有很大不同的无线通信技术,UWB产品在工作时可以发送出大量的非常短、非常快的能量脉冲,这些脉冲都是经过精确计算的,每个只有几个毫微秒长,脉冲可以覆盖非常广泛的区域,它将会为无线局域网和个人区域网的接口卡和接入技术带来低功耗、高带宽并且相对简单的无线通信技术。UWB技术解决了困扰传统无线技术多年的有关传播方面的重大难题,它开发了一个具有对信道衰落不敏感、发射信号功率谱密度低,有低截获能力,系统复杂度低,能提供数厘米的定位精度等优点。UWB尤其适用于室内等密集场所的高速无线接入和军事通信应用中。

  MBOA的提议将UWB频带分为最少三个频段,并采利正交频分复用(OFDM)方式将三个频段进一步分为大量的窄通道。这样做的好处是各频带可单独使用,方便从低速到高速的扩展,并保证升级后的后向兼容性;提高抗多径干扰的能力;有效地利用到FCC所规定的整个7.5GHz频宽,提高频谱利用率和能量捕获能力;提高与其它无线设备共同工作和抗外来干扰能力(即电磁兼容性)。

  这些优势使MBOA技术在相同条件下具有更高的速率和距离,但增加了电路复杂度和成本。(全文完)

 
 
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