作者/王宇鹏，黑龙江同信通信股份有限公司

引言

随着时代的发展，移动通信技术日新月异，逐渐成为人们生活中不可或缺的部分。近年来，随着人们生活水平的不断提高，对于移动通信的要求也越来越高，因此业务速率更高、应用业务更多的4G移动通信技术受到了人们的广泛关注。4G通信系统传输效率可以达到100Mb/s或者更快，因此可以提供给人们更多地业务，而且还可以实现全球无缝漫游。对此，OFDM、MIMO 等先进技术作为 4G 关键技术开始成为目前的研究热点。

1. 4G通信技术面临的问题

4G通信技术无论是在数据传输效率还是业务的多样性方面，都要远远优胜于3G通信技术，但是它仍然存在一些问题，主要包括带宽利用率和多径衰落问题。对于移动通信而言，带宽是一种极其少的资源，所以提高带宽的利用率是非常必要的。为了提高带宽利用率，就必须采用先进的技术在有限的频谱资源之上，提高数据传输的效率和增大数据传输的容量，以满足多种业务的传输要求。在数据传输过程中，一个最大的问题就是无线信道下的多径衰落，所以为了提高数据的传输效率，就必须要克服这一问题，降低噪音和多径干扰，从而使得整个4G通信系统更加完善。OFDM技术可以将频率选择性多径衰落信道在频域内转化为平坦信道，从而在一定程度上降低了多径衰落所带来的影响。MIMO技术可以在空间上产生独立的并行信道，与此同时还可以传输多路数据流，在已有的系统带宽基础之上来增加频谱利用率，以此提高整个4G通信系统的数据传输效率，因此采用MIMO技术可以在一定程度上提高带宽的利用率[1]。总的来说，4G通信技术所面临的主要问题是带宽利用率和多径衰落，这两个问题可以通过OFDM技术和MIMO技术相结合来进行有效的解决。

2. OFDM技术及其作用

OFDM 技术是4G通信系统中最核心的技术之一，具有重要的意义。OFDM技术最主要的作用就是可以将信道分成多个正交子信道，每一个子信道都可以进行窄带调制和传输，这样在进行数据传输时，不仅可以减少每个子信道之间的相互干扰，还可以在一定程度上提高数据传输的效率[2]。对于无线数据业务而言，在进行传输时都存在非对称性，换言之就是下行链路中所传输的数据量在很大程度上都大于上行链路中所传输的数据的量，因此对于数据传输就要求物理层支持非对称高速数据传输。OFDM技术则可以实现，因为它可以将信道分为多个正交子信道，并通过不同数量的子信道来实现非对称高速数据传输。

3. OFDM技术在4G移动通信系统中的应用

3.1 OFDM的FFT实现

随着科学技术的不断发展，可以通过快速傅立叶变换来实现OFDM的调制和解调[3]，以此来简化整个系统实现的复杂度。图1所示的是OFDM的FFT实现的系统框图，由图可知，在输入数据比特通过反向傅立叶变换可以将所需传输的数据调制到多个正交字载波上。通过信道的传输，在输出数据比特通过傅立叶变换，将数据从正交载波矢量中还原出原始数据。

3.2 信道估计

图1 OFDM的FFT实现框图

接收端实现调节的方式有非相解调和相干解调两种，一般情况下在移动通信系统中常常采用的解调方式为相干解调，因为相干解调的各方面性能都要好于非相干解调。相干检测的性能所依赖的是信道状态信息，所以在进行相干解调时就必须对信道的状态进行估计。在OFDM中，信道估计可以通过很多种方式来实现，如基于参数化或非参数化信道模型的信道估计，利用信道的时间或频率的相关特性的信道估计，或基于训练序列的信道估计，自适应或非自适应的信道估计等[4]。

3.3 OFDM 和多址技术的结合

对于4G移动通信来说，它需要支持和保障多个用户同时接入和信息传输，因此需要满足多址接入的条件。OFDM技术其本身具有频分的特点，因此其可以与其他多种接入方式结合使用，构成OFDM–CDMA、OFDM–TDMA、和OFDM–FDMA等系统，可以满足多个用户同时进行数据的传输[5]。在以往的3G移动通信中所使用的CDMA技术，虽然具有抗多径衰落的能力，但是由于多址干扰和码间干扰的原因，其传输高速数据业务的能力不是很强。但是OFDM技术却在高速数据传输的能力上具有很好的优势，因此许多人将两者相结合，以此来提高频谱利用率和抗多径衰落的能力。

3.4 MIMO和OFDM的结合

就现阶段来看，5GHz以下频率资源已经接近枯竭，同时由于半导体技术的不断发展，在未来的移动通信系统中，采用多天线结构的发送和接受都是有可能的，因此人们对于MIMO技术在移动通信的应用方法的研究也逐渐成为重点。根据相关的实验研究表明，MIMO系统的信道容量会随着线性增长，而并非是对数增长，因此多天线技术可以在很大程度上扩大系统的容量。将MIMO技术和OFDM技术相结合可以提高移动通信数据的传输效率和质量，因为OFDM技术可以将带宽的频率选择性信道等效分为多个并行的平坦性衰落信道，可以减小MIMO技术所带来的复杂度[6]。

3.5 OFDM系统的链路自适应技术

OFDM 系统的链路自适应技术可以有效提高数据的传输效率和带宽利用率，因此它是未来移动通信系统的核心技术之一。就一般而言，链路自适应技术所针对的对象是时域，它被称为自适应调制编码，在OFDM系统中，其主要作用是为每个用户分配合适的子载波数[7]。

4. OFDM技术应用的优缺点

OFDM技术在4G移动通信系统中属于核心技术之一，但是其也存在优点和缺点。它的优点主要包括以下内容：第一，可以提高频谱的利用率；第二，通过将频率选择性多径衰落信道在频域内转化为平坦信道，减小多径衰落的影响，有利于无线接收；第三，OFDM具有频分的特点，可以与其他多种接入方式结合使用。它的缺点主要包括以下内容：第一，易受频率偏差的影响；第二，存在较高的峰值平均功率比。

5.结语

OFDM技术是4G移动通信系统中的核心技术之一，因为它可以提高整个系统的带宽利用率和抗多径衰落能力，同时其还具有与多种技术相结合的能力，因此该技术给予了未来移动通信无限的可能。但是OFDM技术在4G移动通信中还存在一些问题需要解决，如上行同步和多小区OFDM等，所以还需加强对OFDM 技术在移动通信应用的研究，相信该技术具有非常良好的发展前景，让我们拭目以待。

* [1]刘巧平,董军堂.OFDM技术在4G移动通信系统中的应用[J].电子测试,2014(5).

* [2]吴梅,胡华瑞,翟玲红.MIMO—OFDM技术在4G移动通信系统中的应用[J].石河子科技,2010(4)∶61—63.

* [3]苗建军.浅析OFDM 技术在移动通信系统中的应用[J].科技与创新 ,2016(16)∶154—154.

* [4]李柔梦.多入多出的OFDM技术在4G移动通信系统中的应用 [J].信息通信 ,2015(6)∶216—216.

* [5]倪宏斌.4G移动通信系统中MIMO—OFDM技术的应用[J].科技传播 , 2011(1)∶187—188.

* [6]张海涛.基于OFDM技术的4G通信网络应用[C].建筑科技与管理学术交流会.2013.

* [7]王猛,吕晨光,金会彬.OFDM技术在移动通信系统中的运用分析[J].科学与信息化,2017(4).