利用OFDMA加速可提升4G網絡傳輸質量

盡管3G無線設備仍在部署中，但整個無線生態(tài)系統(tǒng)卻已開始定義和設計4G系統(tǒng)。雖然3G和4G系統(tǒng)并沒有嚴格定義上的差別，但在所能支持的最高數據速率方面，標準組織內似乎正在達成共識。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)設計的這兩個指標高出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)技術一直在成功地為新應用提供更多帶寬。與通過頻率或時間分割在同一信道傳送多個數據的老方法不同，CDMA利用伴隨每條信道代碼的建設性干擾特性實現復用，從而在電信運營商所用的整個頻譜內傳送數據。CDMA在分組切換語音無線領域被證明是有效的；與以前系統(tǒng)相比，擴頻技術允許更有效、更靈活地利用帶寬。

就4G標準而言，兩個主要的3G標準組織――第三代合作伙伴計劃(3GPP)和第三代合作伙伴計劃第二組(3GPP2)已指出，正交頻分多址(OFDMA)是它們選用的物理層傳輸技術。

OFDM概述

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

在OFDM中，采用快速傅立葉變換(FFT)將可用帶寬分成數學上正交的許多小帶寬。而頻帶的重構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，當大小為2的整數倍時，可被非常高效地實現。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。可支持5、10和20 MHz帶寬。該技術的一個優(yōu)異特性是易于改用其它帶寬。即便整個可用帶寬改變了，較小的帶寬單元也可維持不變。例如：10MHz可分成1,024個小頻帶；而5MHz可分成512個小頻帶。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，反射在不同時刻到達接收器。分離各反射的時間間隔被稱為延遲擴展。當延遲擴展與發(fā)送的符號時間(Symbol Time)大致相等時，這種干擾有可能引發(fā)問題。典型的延遲擴展時長幾微秒，與CDMA符號時間接近。OFDMA的符號時間大致在100微秒，因而多徑現象的影響不太嚴重。為緩解多徑效應，在每一符號后插入一個約10微秒、稱為循環(huán)前綴的警戒邊帶。

為得到更高數據速率，OFDM系統(tǒng)必須比CDMA系統(tǒng)更有效地利用頻寬。每單位赫茲的位數稱為頻譜效率。采用高階調制是實現更高效率的方法之一。調制是指每一子載波發(fā)送的位數。例如，在正交振幅調制(QAM)中，每載頻發(fā)送2位。在16 QAM和6? QAM中，每個子載波分別發(fā)送4和6位。在4G系統(tǒng)，因預期會采用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。