基于OFDM技术的4G通信网络应用

◆刘国顺

（山东万博科技股份有限公司潍坊分公司 山东 261000）

基于OFDM技术的4G通信网络应用

◆刘国顺

（山东万博科技股份有限公司潍坊分公司 山东 261000）

随着3G通信网络技术的发展，4G也开始得到了长足的发展。4G通信网络技术是建立在3G通信网络技术基础之上，强化3G的主要优点，摒弃3G的主要缺点，实现对相关使用功能的完美化。OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用）最大的优点表现在：（1）抗干扰；（2）抗信道衰落；（3）频谱利用率极高。本文分析OFDM的基本使用原理、4G技术优缺点以及现阶段通信网络系统的发展现状，最后分析OFDM技术在4G通信网络系统中的应用。

OFDM技术；4G通信；网络系统；应用研究

0 引言

现阶段的日常生活中，人们已经离不开通信手段，各个通信领域的广泛发展呈现出以下几种特点：其一，多媒体业务层出不穷；其二，用户的数量急剧上升[1-2]。从上述特点来看，新型移动通信系统需要有更高的配置来满足用户的基本需求，继而4G网络应运而生。4G网络在3G的基础上增加了不同介质下达到语音以及高清多媒体界面等业务，4G网络技术的出现使得人们的生活更为丰富多彩，但是与此同时4G技术也面临着宽带利用功率低以及多径衰落等困难，运用OFDM技术能够有效地解决上述问题，OFDM技术通过分解信道使得多径衰落信道逐渐走向平坦衰落信道。简而言之，OFDM技术是一种多载波数字调节技术，能够有效消除符号之间的干扰，对抗多径效应，在4G通信中发挥着重要作用。

1 OFDM技术基本原理

OFDM技术是一种无线信道高速数据传输基础，一方面属于复用技术，另外一方面又属于多载波技术。在传输环境较差的情况下都会使用到OFDM技术，主要原因是因为OFDM技术具有抵抗多种干扰的作用，就算是处于被外界信号干扰的情况下OFDM技术也能够发挥出其作用[3-4]。简而言之，OFDM技术基本流程为：通过发送数据流到符号映射到S/P转换到编码交织到导频插入到IFFT带插保护间隔到P/S变化到D/A转换到发送滤波器再到无线信道，通过无线信道传给接收滤波器再到A/D转换到S/P变换到去保护间隔到FFT到去导频到解编码交织到P/S变换到解符号映射到接收数据流。

2 4G通信技术的优缺点

2.1 4G通信技术的优点

4G技术是以3G技术为前提，摒弃3G技术不好的功能，对其进行深度的研究与开发，实现3G所不能够实现的速度，在高清下载方面以及数据传输方面等有了重大突破。另外，4G技术本身对传播介质网络有了更高的要求，相比起以往的网络信息通道更需要更宽的频率（达到100MHz），4G网络技术达到3G技术的20倍左右；4G通信技术的网络容量也开始发生巨大的变化，4G网络技术的传输通道容量是3G技术的10倍左右[5-6]。

4G通信技术中的无缝通信技术是最大的突破点，无缝通信技术的出现使得移动通信网络能够在不同的标准下进行衔接且没有任何障碍，有效弥补了3G网络的统一标准缺陷。4G通信网络技术的信息分配方式也能够符合不同渠道的通信条件，将实际紧密结合起来，使得通信技术能够分配得更加合理化。

2.2 4G通信技术的缺点

4G通信技术在发展高效传输数据的同时也带来一定程度的弊端，举例来说，通话的容量较小，不能高效满足人们的通话需求，因此只能利用OFDM技术来弥补此项缺陷。3G网络通信技术能够满足人们大量通话需求，因此4G网络技术仍然需要在通话容量方面加以深入研究，继而有效解决上述缺点，提供更为优质的通信服务。

2.3 4G通信技术安全目标

4G通信技术安全目标有以下几个：（1）可用性，保证网络和服务器不会被恶意破坏；（2）互相操作性，确保安全解决方案能够避免互相操作性问题；（3）易使用性，可以让用户能够更为安全地使用相关功能和服务；（4）灵活性，安全系机构必须非常灵活，继而能够适应自身的脆弱性以及不断变化的安全需求；（5）QoS 保证，类似与加密算法的安全解决方案能够满足QoS显著以及语音需求等。

3 OFDM技术的优势

3.1 频谱利用率高

相比起常规的频分复用系统，OFDM系统就有更大的优势，主要表现在能够最大限度地利用资源，在各个子载波之间存在正交性，OFDM系统可以使得各个子载波的频谱互相重叠，也就是说当子载波数量达到最多时系统的频谱利用率最高，可以达到2BAUD/Hz。

3.2 抗多径能力强

OFDM技术能够将高速数据通过串并转换，使得每个子载波上的数据符号能够持续增加，有效降低各个子载波之间的符号速率，减轻ISI（符号间干扰）的干扰；与此同时，引入CP（循环前缀）、克服ICI（邻信道之间的干扰）、保持子载波正交性。基于此，接收机不需要采用时域均衡器，有效降低了设计复杂度。相比起3G网络，其技术核心以CDMA为对抗多径，需要复杂的均衡器，在实现过程中遇到的困难比较多。

3.3 抗频率选择性衰落能力强

OFDM技术将宽带信道转化成几个平坦的窄带子信道，每一个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此每一个子信道生的频率选择性衰落可以被当作是平坦性衰落。利用OFDM技术可以自动提供频率分集，联合各个子载波编码，进一步增强深度衰落的子载波信息，将其进行正确恢复。

3.4 调制解调实现容易

通过FFT（快速傅里叶变换）、IFFT（快速傅里叶反变换）可以实现各个子信道之间的解调与调制，与此同时，采用FFT与IFFT能够在处理很多子载波数量时实现调制解调。目前，随着DSP技术以及大规模集成电路技术的发展，FFT与IFFT技术非常容易实现。另外，OFDM技术中的窄带干扰会影响到一小部分子信道，在一定程度上能够抵抗此种干扰。为了能够有效提高OFDM系统的传输速率，各个子载波可以选择频率极高的多进制调剂方式。OFDM技术中的主要优势能够满足4G的高速传输需求，因此也相应成为了4G通信中的核心技术。

3.5 OFDM系统支持非对称业务无线数据业务中一般存在着非对称性，也就是说无线数据业务中的下行链路的数据传输量要大于上行链路中的数据传输量，通过使用不同的子信道，OFDM系统可以将下行链路与上行链路的不同传输速率有效实现，物理层需要支持非对称性业务。OFDM系统恰好可以满足上述相关要求，确保物理层支持非对称的高速率数据传输作用。

3.6 OFDM技术能够与多址方式结合使用

OFDM系统能够与以下多种多址方式相互结合使用：（1）OFDM-TDMA；（2）MIMO-OFDM；（3）MCCDMA。用户可以同时采用OFDM技术来有效实现信息高速率传输，使得通信质量能够有很大程度的提高。

4 OFDM技术在4G通信网络系统中的相关应用

4G又被称为是第4代移动通信系统，4G技术已经被广泛应用，相比起3G网络，4G更符合个人通信，目前来看，对4G网络通信技术达到以下共识：（1）最低数据传输速率达到2Mb/s，最高达到100Mb/s；（2）实现无缝漫游，与各种媒体以及各种同通信主机达到无缝连接；（3）高度智能化的网络，4G网络所使用的智能技术能够科学化以及自主化地分配好资源，处理不同信道环境下的业务以及容量，在操作方面具有更强大的应用；（4）实现不同的 Q＆S业务，4G通信系统通过动态调节带宽以及调节好发射功率所使用的不同类型业务，能够让用户在使用过程中获得自己所需要的信息，继而将信息系统以及个人通信有机结合起来，更为安全地向用户提供丰富多彩的应用与服务。

5 结束语

综上所述，为了达到4G网络技术的目标，相关技术人员需要对数据的传输、数据的接入以及网络的交换等各个环节进行创新突破，尤其是在频谱资源有限的环境下，工作人员的关注点都在如何提高且安全可靠地运行高速率数据传输问题上。因此，数据传输速率有可能受到一定程度的限制，倘若使用高于信道的带宽，那么信号的质量会有一定程度的下降，需要人们深入研究。

[1]刘明骞，李兵兵，赵雷等.多径信道下OFDM信号子载波的调制方式识别新方法[J].西安电子科技大学学报（自然科学版），2011.

[2]朱勇旭，易芝玲，吴斌等.WLAN MIMO-OFDM系统DSAP设计与实现[J].电子科技大学学报，2014.

[3]何雪云，宋荣方，周克琴等.基于压缩感知的OFDM系统稀疏信道估计新方法研究[J].南京邮电大学学报（自然科学版），2010.

[4]王进祥，吴新春，毛志刚等.降低OFDM信号PAPR的低复杂度PTS方法[J].西安电子科技大学学报（自然科学版），2010.

[5]黄敏，李兵兵.基于整体最小二乘的联合信道估计及OFDM信号检测算法[J].电子与信息学报，2014.

[6]赵睿，邹应全，李春国等.多用户MIMO网络的OFDM放大转发双向中继策略[J].电子与信息学报，2010.