OFDM在無(wú)線(xiàn)城域網(wǎng)的應用
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寬帶無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)的發(fā)展極為迅速,各種微波、無(wú)線(xiàn)通信領(lǐng)域的先進(jìn)手段和方法不斷引入，一方面這些技術(shù)充分利用過(guò)去應用不是很多的頻率資源；另一方面它們融合了在其他通信領(lǐng)域成功應用的先進(jìn)技術(shù)，如高階QAM調制、OFDM等，以實(shí)現更大的頻譜利用率、更豐富的業(yè)務(wù)接入能力、更靈活的帶寬分配方法。寬帶無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)發(fā)展的趨勢包括：OFDM技術(shù)開(kāi)始興起，多址方式不斷充實(shí)，調制方式向多狀態(tài)化發(fā)展，雙工方式都可選擇，同時(shí)支持電路交換與分組交換，帶寬動(dòng)態(tài)分配、業(yè)務(wù)接口日趨豐富。
OFDM（正交頻分復用）是一種無(wú)線(xiàn)環(huán)境下的高速傳輸技術(shù)，適合在多徑傳播和多普勒頻移的無(wú)線(xiàn)移動(dòng)信道中傳輸高速數據。它能有效對抗多徑效應，消除符號間干擾，對抗頻率選擇性衰落，而且信道利用率高。OFDM技術(shù)先后被歐洲數字音頻廣播（DAB）、歐洲數字視頻廣播（DVB）、HIPERLAN和IEEE802.11無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)等系統采用。
IEEE802.16工作組負責寬帶無(wú)線(xiàn)標準的制訂工作，2003年1月29日IEEE通過(guò)了802.16a標準規范書(shū)，解決了2GHz～11GHz之間頻率范圍的寬帶無(wú)線(xiàn)問(wèn)題。802.16a標準規范中明確定義了OFDM技術(shù)作為無(wú)線(xiàn)數據傳輸方式。
802.16a的發(fā)展歷程及技術(shù)特點(diǎn)
IEEE802.16工作組成立于1999年，其工作主要內容是制訂寬帶無(wú)線(xiàn)接入標準，包括空中接口及其相關(guān)功能標準。它由三個(gè)工作小組組成，每個(gè)小組分別負責不同的方面：IEEE802.16.1負責制定頻率為10GHz～60GHz的無(wú)線(xiàn)接口標準；IEEE802.16.2負責制定寬帶無(wú)線(xiàn)接入系統共存方面的標準；IEEE 802.16.3負責制定頻率范圍在2GHz～10GHz之間獲得頻率使用許可應用的無(wú)線(xiàn)接口標準。
IEEE802.16標準于2001年12月通過(guò)批準，802.16標準定義無(wú)線(xiàn)城域網(wǎng)單載波空中接口，即傳輸頻率10GHz～66GHz的單載波調制模式。由于工作波長(cháng)較短，必須要求視距傳輸(LOS)，多徑衰落是可以忽略的，因此在該頻段的標準中規定仍然采用單載波調制方式。
IEEE802.16標準物理層不適合較低頻率的應用，其覆蓋范圍在可視距離之內。2003年1月29日，IEEE802.16標準有了修正草案IEEE802.16a，以解決較低頻率的無(wú)線(xiàn)連接問(wèn)題。802.16a在2GHz～11Gz的頻帶上提供連接家庭、企業(yè)和無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)熱點(diǎn)的無(wú)線(xiàn)最后一公里寬帶接入。
802.16a規范是IEEE802.16規范的擴展，大大改進(jìn)了非視距性能，是目前在出現樹(shù)木和建筑等障礙時(shí)最合適的技術(shù)?；究梢园惭b在住宅或建筑頂部，而不必安裝在山頂上的高塔上。
IEEE802.16a對特許和非特許頻段的通信作了明確規定，在特許頻段內可以使用單載波調制或正交頻分復用。在各種管理環(huán)境和部署環(huán)境確定的情況下，經(jīng)營(yíng)特許頻段業(yè)務(wù)的運營(yíng)商就可以選用一種模式定制其解決方案。至于非特許頻譜采用哪一種模式尚無(wú)規范，但就IEEE802.16a標準而論，目前的修正草案規定用OFDM模式。在非特許頻譜通信時(shí)，無(wú)線(xiàn)城域網(wǎng)之間以及無(wú)線(xiàn)城域網(wǎng)與無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)等其他通信業(yè)務(wù)之間會(huì )產(chǎn)生干擾。作為解決這個(gè)問(wèn)題的一個(gè)辦法，802.16a修正草案為非特許頻譜規定了動(dòng)態(tài)頻率選擇，并支持有些用戶(hù)臺繞過(guò)基站與其他轉發(fā)數據的用戶(hù)臺通信的網(wǎng)狀結構，從而擴大了蜂窩覆蓋范圍，直接連接基站不能連接的用戶(hù)。
OFDM技術(shù)
OFDM是一種高效的數據傳輸方式，其基本思想是在頻域內將給定信道分成許多正交子信道，在每個(gè)子信道上使用一個(gè)子載波進(jìn)行調制，并且各子載波并行傳輸。這樣，盡管總的信道是非平坦的，具有頻率選擇性，但是每個(gè)子信道是相對平坦的，在每個(gè)子信道上進(jìn)行的是窄帶傳輸，信號帶寬小于信道的相應帶寬，因此就可以大大消除信號波形間的干擾。OFDM相對于一般的多載波傳輸的不同之處是它允許子載波頻譜部分重疊，只要滿(mǎn)足子載波間相互正交，則可以從混疊的子子載波上分離出數據信號。由于OFDM允許子載波頻譜混跌，其頻譜效率大大提高，因而是一種高效的調制方式。
OFDM技術(shù)在20世紀60年代中期被首次提出，但在之后相當長(cháng)的一段時(shí)間，OFDM技術(shù)一直沒(méi)有形成大規模的應用。當時(shí)OFDM技術(shù)的發(fā)展遇到了很多似乎難于解決的問(wèn)題。首先，OFDM要求各個(gè)子載波之間相互正交，盡管理論上發(fā)現采用快速傅立葉變換（FFT）可以很好地實(shí)現這種調制方式，但實(shí)際上，如此復雜的實(shí)時(shí)傅立葉變換設備在當時(shí)是根本無(wú)法完成的。此外，發(fā)射機和接收機振蕩器的穩定性以及射頻功率放大器的線(xiàn)性要求等因素也都是OFDM技術(shù)實(shí)現的制約條件。
20世紀80年代以來(lái)，大規模集成電路技術(shù)的發(fā)展解決了FFT的實(shí)現問(wèn)題，隨著(zhù)DSP芯片技術(shù)的發(fā)展，格柵編碼（TrellisCode）技術(shù)、軟判決技術(shù)（SoftDecision）、信道自適應技術(shù)等的應用，OFDM技術(shù)開(kāi)始從理論向實(shí)際應用轉化。OFDM技術(shù)憑借其固有的對時(shí)延擴展較強的抵抗力和較高的頻譜效率兩大優(yōu)勢迅速成為研究的焦點(diǎn)并被多個(gè)國際規范采用，如歐洲的數字音頻廣播、數字視頻廣播和IEEE的無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)標準802.11a。
802.16a中的OFDM技術(shù)
IEEE802.16a標準規定在特許頻段，可以使用單載波調制或正交頻分復用，對于非特許頻段，必須使用正交頻分復用調制方式。
OFDM碼元由子載波構成，子載波的數目決定了FFT的點(diǎn)數，有三種類(lèi)型的子載波：
數據子載波：用來(lái)數據傳輸。
導頻子載波：用于信道估計等。
空子載波： 不用于傳輸，只用于保護頻帶和DC子載波。
802.16a標準中系統的帶寬取決于各個(gè)國家的具體規定，帶寬可以是1.75MHz的整數倍，或者6、10、15、20MHz等。另外，在IEEE802.16a中，對于保護時(shí)間與有效時(shí)間的比值，規定可以在1/4、1/8、1/16和1/32中選取，這樣在不同的多徑時(shí)延擴展環(huán)境下，可以選取不同的保護時(shí)間，在抵抗多徑衰落特性和高傳輸效率之間取得平衡。保護時(shí)間Tg最大達到6.4 μs，可以應用于室外環(huán)境。
表1給出了工作帶寬10MHz情況下256子載波OFDM中的參數。
在OFDMA方式中，FFT點(diǎn)數為2048，除去DC和保護子載波，剩下的為有效子載波。這些有效子載波分為多個(gè)子載波子集，每個(gè)子集稱(chēng)為子信道（subchannel）。在下行鏈路（DL）中,一個(gè)子信道可能會(huì )對應不同的接收端，而在上行鏈路(UL)中，一個(gè)發(fā)送端可以占用一個(gè)或多個(gè)子信道。
上行和下行鏈路中導頻子載波和數據子載波的分配不同：在下行鏈路中，導頻子載波首先分配，剩下的為專(zhuān)門(mén)傳送數據的子載波。在上行鏈路中，有用的子載波先分為子信道，然后在每個(gè)子信道中各自分配導頻子載波。這樣，在下行鏈路中存在著(zhù)公共的導頻子載波集，但在下行鏈路中，每個(gè)子信道包括它自己的導頻子載波集。這是必需的，因為在OFDMA中，基站(BS)下行鏈路對所有的用戶(hù)站(SS)進(jìn)行廣播，但在上行鏈路中，每個(gè)子信道可能來(lái)自不同的SS。
有效子載波分為固定位置的導頻，不定位置的導頻及數據子信道。固定位置的導頻子載波的位置保持不變，它們的位置編號屬于基本固定導頻集。不定位置導頻在碼元中的位置每隔4個(gè)碼元變換一次。
在分配了導頻子信道后，剩下的有用的子載波是數據子載波。因為不定位置的導頻子載波在每個(gè)碼元中中的位置變化，每4個(gè)碼元重復一次，因此數據子載波的位置也相應發(fā)生變化。
結論
IEEE802.16a標準是針對無(wú)線(xiàn)城域網(wǎng)接入方式而提出的一種新的空中接口標準。這一標準采用了OFDM技術(shù)，大大改進(jìn)了非視距性，增加了傳輸距離，降低了運營(yíng)成本。近期芯片制造巨頭英特爾公司宣布將開(kāi)發(fā)支持高速無(wú)線(xiàn)通信標準的IEEE802.16a芯片組，標志著(zhù)這種新興的無(wú)線(xiàn)接入標準被主要廠(chǎng)商所接受。我們相信802.16a會(huì )展現寬帶無(wú)線(xiàn)通信新的前景。
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