頻分多址

簡(jiǎn)介

　　FDM 用于模擬傳輸過(guò)程。信道傳輸速率為 30kHz。所有信道都可以作為單信號(hào)被擴(kuò)大、控制，并轉(zhuǎn)換為頻帶傳送至目的地，該技術(shù)主要優(yōu)點(diǎn)在于經(jīng)濟(jì)實(shí)用。接收終端的接收者隔離復(fù)用信號(hào)取決于接收頻帶傳送還是拒絕過(guò)濾操作，并進(jìn)行適合于特定波段或波段組調(diào)制方式的解調(diào)檢波過(guò)程。WDM 和 FDM（頻分復(fù)用）基本上都基于相同原理，所不同的是， WDM 應(yīng)用于光纖信道上的數(shù)字化光波傳輸過(guò)程，而 FDM 應(yīng)用于模擬傳輸，諸如雙絞線話路傳輸、電纜接入、峰窩、無(wú)線電以及 TV 通信等。一直以來(lái) TDMA 和 CDMA 都是結(jié)合 FDMA 共同作用，也就是說(shuō)，特定頻帶可以獨(dú)立用于其它頻帶的 TDMA 或 CDMA 信號(hào)。

　　FDMA 模擬傳輸是效率最低的網(wǎng)絡(luò)，這主要體現(xiàn)在模擬信道每次只能供一個(gè)用戶使用，使得帶寬得不到充分利用。此外 FDMA 信道大于通常需要的特定數(shù)字壓縮信道，且對(duì)于通信沉默過(guò)程 FDMA 信道也是浪費(fèi)的。模擬信號(hào)對(duì)噪聲較為敏感，并且額外噪聲不能被過(guò)濾出去。

應(yīng)用

　　正交頻分多址接入(OFDMA)是OFDM(正交頻分復(fù)用)調(diào)制的一種形式，它針對(duì)多用戶通信進(jìn)行了優(yōu)化，尤其是蜂窩電話和其它移動(dòng)設(shè)備。

　　它是針對(duì)蜂窩電話長(zhǎng)期演進(jìn)(LTE)的最合適調(diào)制方案。在這種演變的過(guò)程中， OFDMA的名稱變?yōu)楦咚僬活l分復(fù)用分組接入(HSOPA)。OFDMA的變量由WiMAX論壇選為調(diào)制方案，后來(lái)又根據(jù)IEEE針對(duì)IEEE 802.16-2004(固話)和802.12e(移動(dòng))WiMAX的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化。

　　與CDMA(碼分多真址接入)寬帶CDMA及通用移動(dòng)通信系統(tǒng)(UMTS)這類3G調(diào)制方案相比，它的好處在于具有更高的頻譜效率和更好的抗衰落性能。對(duì)于低數(shù)據(jù)率用戶，它只需要更低的發(fā)射功耗，具有恒定而不是隨時(shí)間變化的更短延遲，以及避免沖突的更簡(jiǎn)潔方法。

　　OFDMA會(huì)把副載波的子集分配給各個(gè)用戶。以關(guān)于信道狀態(tài)的反饋為基礎(chǔ)，系統(tǒng)能執(zhí)行自適應(yīng)用戶到副載波的分配。只要這些副載波分配被迅速地執(zhí)行，與OFDM相比，快速衰退、窄帶同頻干擾性能都得到了改進(jìn)。反過(guò)來(lái)，這又改進(jìn)了系統(tǒng)的頻譜效率。

　　兩點(diǎn)設(shè)想

　　OFDMA顯然與其它的調(diào)制方案既有不同點(diǎn)，又有相似之處。例如，它能被當(dāng)作一種替代方案，把OFDM與時(shí)分多址連接方式(TDMA)或時(shí)域統(tǒng)計(jì)多路復(fù)用技術(shù)的結(jié)合起來(lái)。不采用“脈控”高功率載波，低數(shù)據(jù)率用戶就能連續(xù)地以低發(fā)射功率進(jìn)行傳輸，并且這會(huì)產(chǎn)生恒定且更短的延遲時(shí)間。

　　另一方面，OFDMA也可以被看作是頻域和時(shí)域多路接入的結(jié)合。從這個(gè)角度看，頻譜被分割成時(shí)頻空間，并且時(shí)隙會(huì)沿著OFDM符號(hào)引導(dǎo)部分以及OFDM副載波引導(dǎo)部分進(jìn)行分配。

　　OFDMA演進(jìn)

　　通過(guò)一個(gè)短故事來(lái)理解OFDMA和其它幾種技術(shù)之間的關(guān)系是最好的方法。IEEE 802.11 WLAN系列的標(biāo)準(zhǔn)是對(duì)室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)考慮的。當(dāng)模擬蜂窩技術(shù)表現(xiàn)出了它的市場(chǎng)潛力及它在技術(shù)上的不足時(shí)，工程師就開始設(shè)計(jì)能把Wi-Fi功能擴(kuò)展到戶外網(wǎng)絡(luò)的專有的MAC和PHY系統(tǒng)。

　　事實(shí)上，寬帶接入中的大部分活動(dòng)發(fā)生在ISO第1層(PHY層)和2層(媒體訪問(wèn)控制或MAC層)。

　　當(dāng)寬帶無(wú)線MAN(城域網(wǎng))的標(biāo)準(zhǔn)化工作開始后，它為研究其它調(diào)制方案打開了大門，并且OFDM和OFDMA的價(jià)值也變得顯而易見了。WiMAX論壇對(duì)這些方案的*估和向標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)提出的建議發(fā)揮了幫助作用。

　　這最終演進(jìn)成IEEE 802.16標(biāo)準(zhǔn)。IEEE 802.16-2004提供固定帶寬無(wú)線的標(biāo)準(zhǔn)，而IEEE 802.16e則提供移動(dòng)帶寬無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)。這兩種標(biāo)準(zhǔn)都支持多個(gè)PHY模式，但其選項(xiàng)都不支持包括WCDMA或UMTS這種3G調(diào)制方案在內(nèi)的現(xiàn)有方案。

　　與OFDM和OFDMA一起，可擴(kuò)展的OFDMA方案也被包括在這一標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)中。

　　可擴(kuò)展的802.16物理層(sOFDMA)憑借針對(duì)固話和便攜式/移動(dòng)使用模式的固定副載波間隔，為范圍從1.25 MHz到20 MHz的信道帶寬提供了最佳的性能。

　　根據(jù)信道帶寬，利用可變的快速傅氏變換算法(FFT)，這一架構(gòu)以可擴(kuò)展的子通道化結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)。除了可變的FFT大小外，這一規(guī)范也支持像多輸入多輸出(MIMO)天線分集這樣的功能。

　　針對(duì)大多數(shù)實(shí)際目的，因?yàn)樗鼈兪侨绱说南嗨?，sOFDMA和OFDMA是可以是互換的。作為一種關(guān)鍵技術(shù)，這兩種方案都支持子通道化。子通道化涉及把多個(gè)信道？？成許多子信道—理論？？？成數(shù)千個(gè)子信道有關(guān)。子通道的特征是具有所有4種變化： OFDM； OFDMA；sOFDMA；Flash OFDMA。這是一個(gè)由 Flarion公司創(chuàng)建的變量，去年Flarion被高通兼并，這清楚地表明CDMA變量不會(huì)成為4G調(diào)制方案。

　　OFDMA網(wǎng)絡(luò)的用戶在整個(gè)帶寬內(nèi)被分配了大量子信道。與基站接近的用戶，通過(guò)像64QAM(正交幅度調(diào)制)這樣的高調(diào)制方案，分配了更多數(shù)量的信道，從而能提供最大的數(shù)據(jù)流量。隨著用戶向更遠(yuǎn)處移動(dòng)，大量的子信道被動(dòng)態(tài)地重新向下分配，但是被分派到每個(gè)信道的功率卻增加了。單元的容量仍保持相同的容量，并且盡管每個(gè)用戶都擁有魯棒的連接，但在邊緣地區(qū)，仍存在較低流量的折中。

　　有更大的可擴(kuò)展性

　　因?yàn)樾诺廊萘吭诓煌瑖?guó)家會(huì)有所不同，802.16標(biāo)準(zhǔn)支持所有從1.25MHz到20MHz的不同信道容量。然而，通過(guò)改變以信道容量為基礎(chǔ)的FFT大小，或者由帶寬提供的更好信號(hào)質(zhì)量，可以確定子信道的間隔。

　　不變子信道間隔的主要爭(zhēng)議在于，如果子信道間隔不是恒定的，一個(gè)正在移動(dòng)的物體的多普勒頻移會(huì)影響信號(hào)質(zhì)量。有關(guān)可擴(kuò)展性的更多信息可在IEEE 802.16 WirelessMAN中可擴(kuò)展OFDMA物理層一節(jié)中獲得。

　　sOFDMA擴(kuò)展版本包含128 FFT、512 FFT和1024 FFT，它可以信道和帶寬為基礎(chǔ)改變它的FFT大小，因而就變成可擴(kuò)展的。換句話說(shuō)，正在通過(guò)手機(jī)漫游的用戶，根據(jù)像信道大小這樣的因素，用戶可能接收到通過(guò)128 FFT或512 FFT處理的信號(hào)。

　　OFDMA的缺點(diǎn)

　　盡管OFDMA在其實(shí)現(xiàn)過(guò)程中進(jìn)展良好，但也要謹(jǐn)記它也有一些缺陷，這些缺陷有如下幾方面：

　　1. OFDMA電子部分，包括FFT和前向糾錯(cuò)(FEC)是復(fù)雜的。與結(jié)合了數(shù)據(jù)包調(diào)度的OFDM相比，它也有功率不足的弱點(diǎn)。

　　2. 如果被分配到每個(gè)用戶的副載波很少，或者如果相同的載波被用于每個(gè)OFDM符號(hào)中，頻率選擇性衰落和分集增益的優(yōu)勢(shì)可能至少有部分損失。

　　3. 處理來(lái)自鄰近單元的同信道干擾時(shí)，OFDM要比CDMA更復(fù)雜。