OFDM—未来无线通信技术的核心

 
OFDM（正交频分复用技术）由多载波调制（MCM）技术发展而来，其基本思想是采用频谱重迭但相互不影响的多个子频带来实现频分复用的数据传输。在上个世纪80年代，OFDM技术在通信领域开始商用，并于90年代首先在广播式的音频和视频领域得到广泛应用，包括在ADSL、VHDSL、ETSI标准的音频广播（DAB）、数字视频广播（DVB）、高清晰度数字电视（HDTV）等。1999年，IEEE802.11a通过了一个5GHz的无线局域网标准，其中OFDM调制技术被确定为它的物理层标准。随后，宽带无线接入系统802.16将OFDM技术作为物理层的基础技术。在3G的后续演进技术中，LTE的前向链路采用OFDMA技术，反向链路采用SC-FDMA技术，UMB的各方技术提案都将OFDM作为核心技术。而短距离通信IEEE802.15.3a UWB技术也将OFDM作为备选方案之一。

可以看到，无线通信领域所有的新兴技术几乎都以OFDM为核心，OFDM技术已经成为未来无线通信技术的标志。今天，我们已经可以领略OFDM技术在无线宽带接入领域的风采。

OFDM的独特优势

相对于传统的TDMA、FDMA、CDMA，OFDM技术应用到移动通信领域有着独特的优势。

首先，OFDM允许用户信息在频域上部分重迭地排放，避免了传统通信体制中载波间的保护带，最大程度利用了频谱。

其次，OFDM将传输信息分配到N个子载波传输，将宽带传输转化为很多子载波上的窄带传输，每个子载波上的信道可以看做水平衰落信道，从而大大降低了接收机均衡器的复杂度。原理上避免了传统单载波信号的多径均衡处理，解决了随着带宽增加、均衡时域复杂度急剧增加的问题。这也证明OFDM更适合无线宽带应用。

最后，OFDM通过子载波化可以实现频域资源的灵活分配。这种分配的灵活性可以解决无线中诸多问题。例如OFDM通过调整子载波的数量，可以方便地扩展带宽，是传统的单载波技术无法比拟的；终端可以根据自身业务情况，调整子载波分配，从而使用小功率功放；基站可以根据不同用户的信道情况，调整子载波位置，避免频率选择性衰落和窄带干扰；对不同用户的不同业务需求，可以分配不同的带宽资源。

然而，OFDM也存在自身的技术难点。与单载波系统相比，OFDM系统的输出是多个独立子载波信号的迭加，合成信号会产生比较大的峰均比。高的峰均比对发射机射频功放的线性度提出了很高的要求，同时也导致了发射机的功率效率降低。目前，业界许多设备制造商均在积极寻找提高功放效率的途径，并取得了相当好的进展。

OFDM分布式基站架构

对于OFDM系统，为提升频谱利用效率，基站需要采用多天线技术（MIMO/AAS等），因此基带处理趋于复杂，导致RF多天线系统部署困难。应对这一挑战可采用分布式基站架构：将RF单元靠近天线安装，解决功率效率问题和馈线安装问题；基带置于易靠近场所，解决站址获得问题和扩展性问题。

由爱立信、华为、NEC、北电、西门子五家创立的CPRI组织，在UMTS基站上制定无线设备控制功能（REC）和无线设备RE（俗称RRU，远程无线单元）接口，在此基础上制定了兼容WCDMA支持OFDM标准的通用REC-RE接口CPRI3.0，这意味着CPRI标准对WiMAX/WCDMA双模基站的支持。CPRI3.0标准中的核心设计––帧映像，采用了比特级的分割映像方案，实现了设计复杂度、效率和时延等方面的优化。

OFDM开启未来无线通信大门

OFDM改善了前几代无线系统中的带宽、时域均衡、频谱效率等问题，开启了未来无线通信技术的大门。但是单纯依赖OFDM还不能满足后续无线发展的要求，结合OFDM技术的多天线处理、无线资源调度、自适应编码调制（AMC）、信道评估、自适应跳频等技术的研究，是当前的热点，也是未来的发展方向。

多天线处理备受瞩目。随着业务量的增加，频谱资源的日趋减少，运营商投资成本日益升高，扩大蜂窝系统的容量、提高频谱效率已经是无线系统的首要问题。传统的小区分裂的方式，增加了基站的建设成本，是不经济的做法。多天线技术，利用空/时处理，或者改善用户传输信道质量，或者增加分集增益，能大大提高频谱效率，虽然对于单个站点会增加设备成本，但是由于覆盖和容量的改善，将降低整个网络建设成本，从而大大减少投资。由于OFDM本身对物理层处理的要求较低，因而使得多天线技术可以结合起来，对系统总的复杂度影响不大。这种多天线处理结合OFDM的应用，也将成为新兴无线通信技术的必然模式。