OFDM与5G_信息与通信_工程科技_专业资料。简要介绍OFDM技术和5G技术,以及新型OFDM技术
现代信息理论与新技术—— OFDM与5G 姓名： 目录页 OFDM OFDM与5G 新型多址技术 结束语 第 1页 OFDM OFDM与5G 新型多址技术 结束语 在传统的多载波通信系统中，整个系统频带被划分为 若干个互相分离的子信道（载波）。载波之间有一定的保 护间隔，接收端通过滤波器把各个子信道分离之后接收所 需信息。这样虽然可以避免不同信道互相干扰，但却以牺 牲频率利用率为代价。而且当子信道数量很大的时候，大 量分离各子信道信号的滤波器的设置就成了几乎不可能的 事情。 上个世纪中期，人们提出了频带混叠的多载波通信方 案，选择相互之间正交的载波频率作子载波——— 正交频分复用技术OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)。 第2 页 OFDM OFDM与5G 新型多址技术 结束语 （2）将高速串行数据信号转换成N路并行的低 （1）将整个用于传输信号的频带总带宽B 划分成N个带宽为的子频带（或子信道）。 速子数据流（或子信号）。在串行通信系统中，数据 符号连续串行传输，每个数据符号占用所有可用频带。 基 本 原 理 在并行通信系统中，由于整个信道带宽被分割成多个 窄带子频带，单个数据只占用整个频带的一部分。 （3）用这N路并行的低速子数据流 （或子信号）分别调制N路相互正交的子 并在N个带宽为的子频带（或子信道）中 进行同步输。 第3 页 OFDM OFDM与5G 新型多址技术 结束语 第五代移动电话行动通信标准，也称第五代移动通信技术 ，简称5G。 5G 就时间范畴看，业内多数观点认为， 5G是一个面向信息社会需求的无线G发展的另一个目 标是满足未来1000倍及以上的流量 增长需求及10Gbit/s的峰值速率和 100Mbit/s的用户速率体验等。 第4 页 OFDM OFDM与5G 新型多址技术 结束语 5G不单单只是在速度和吞度量上有大的提高和飞跃，更多的是建立一个更为完善的 网络，让用户全方位的体验科技带来的进步，实现网络一体化，各类设备之间的网络互 联，并且网络具有更强的自我检测、自我修复能力，大大地节省人力资源，提高网络稳 定性和适应性。 5G 在2G，3G，4G中都在运用FDM和OFDM，而 5G的要求更高，需求更多，而OFDM本身也存 在同步等一些技术难题 第 5页 OFDM OFDM与5G 新型多址技术 结束语 对抗频率选择性衰落或窄带干扰 很强的抗衰落能力 有效地对抗信号波形间的干扰 高的频谱利用率 基于DFT的OFDM有快速算法 简化了均衡器设计 1 2 1 对频率偏移、定时和相位噪声比较敏感 2 3 4 5 6 峰值与平均值比较相对大 优点 缺点 3 发射机和接收机的复杂度 4 引入的保护间隔降低了信道利用率 5 对系统中的非线性问题敏感 OFDM的优缺点 第 6页 OFDM OFDM与5G 新型多址技术 结束语 OFDM技术的主要技术难点是系统中的频率和事件同 步，基于导频符号辅助的信道估计，峰平比问题和 在2G，3G，4G中都在运用FDM和OFDM，而5G的要 求更高，需求更多，而OFDM本身也存在同步等一些 多普勒频偏的影响以及基于OFDM、多载波技术的新 一代蜂窝移动通信系 统的多址方案的研究。 技术难题，所以，OFDM可以在保存自己优势的前提 下，和4G 一样，联合其他技术来弥补自身的一些技术 难题和不足之处。 技术 难点 5G要 求 尽管有优势的属性, OFDM / OFDMA也有一定的缺陷，和他们在即将到来的一代无线网络所面临一定的挑战。事实上， OFDM是有限的频谱效率的需要循环前缀(CP)和大的旁瓣(需要一些空警卫队音调频谱边缘)，OFDM团体——最终可能出现 大peak-to-average-power比率值，并有严格的在副载波频率同步的限制，使OFDM和OFDMA在5G中的应用受到进一步的限 制。特别是，同步是一个关键问题在蜂窝网络的上行分别在不同的移动终端传输，而且在下行基站协调使用。 第7页 OFDM OFDM与5G 新型多址技术 结束语 FBMC 为了克服载波频率偏移对 OFDM传输的影响，可 以通过具有较小旁瓣的滤波器得到极大缓解，于是提 出了基于滤波器组的多载波（Filter Bank Multicarrier，简称FBMC）。 FBMC技术采用一组并行的子带滤波器对多载波 信号进行滤波。这一组滤波器由同一个原型低通滤波 器调制而来，注意该滤波器要满足奈奎斯特无码间干 扰定理，而且把旁瓣压得都很小，这个滤波过程也造 成了相对OFDM额外的计算复杂度。 第8 页 OFDM OFDM与5G 新型多址技术 结束语 FBMC OFDM FBMC 从FBMC原理图可以看到，FBMC用滤波器组替代了CP，因此对载波频偏不敏 感，同时提高了频效和能效。 第9页 OFDM OFDM与5G 新型多址技术 结束语 FBMC 对比两者的功率谱可知，FBMC 功率谱的旁瓣较弱，FBMC能实 现各子载波带宽设置、各子载波 之间的交叠程度的灵活控制，从 而可灵活控制 ICI，并且便于使 用一些零散的频谱资源。 值得说明的是，因为子载波具有较窄的带宽，发射滤波器的冲激响应长度通常很长，于是 FBMC 帧一般比OFDM帧长，但 FBMC符号中没有循环前缀，从而可以弥补这种效率损失；此外，FBMC的 计算复杂度高于OFDM，但由于信号处理和电子设备的显著进步，FBMC实际应用是可行的。 第 10页 OFDM OFDM与5G 新型多址技术 结束语 UFMC 由于OFDM旁瓣较大，实际多采用预 留保护带及滤波OFDM技术实现多址传输。 滤波OFDM通过在每个OFDM符号上加滤 波器压缩旁瓣，通用滤波多载波（UFMC） 转而在一组连续的子载波上进行滤波（例 如用升余弦滤波器），由于滤波器通频带 变宽，其阶数相应下降，大大降低了对器 件性能的要求。 第 11 页 OFDM OFDM与5G 新型多址技术 结束语 GFDM 相比于OFDM与FBMC，UFMC有更 多优点，但是由于没有CP，UFMC可能对 需要松散时间同步以节约能源的应用不适 合5G通信技术的研发。为此，一种灵活 的多载波调制方法——广义频分复用 （Generalized Frequency Division Multiplexing，GFDM）被提出。 第 12 页 OFDM OFDM与5G 新型多址技术 结束语 GFDM 广义频分复用（GFDM）是一种频谱效率高、发送和接收较为简单、带外功率泄露小、各子带无 需同步的多载波传输方案。其将S个时隙和M个子载波上的符号块视为一帧，通过设计一组滤波器相关 操作将发送端的滤波过程转化为循环卷积，省去了发送滤波器拖尾消耗的CP长度。与OFDM不同的是， 其在每个子载波上分别加CP而不是在调制后加。接收端使用一阶频域均衡，通过Double-SIC技术可较 为彻底地消除ICI。 第 13 页 OFDM OFDM与5G 新型多址技术 结束语 比较 总体来说，FBMC是一种频谱效率高、 实现复杂度较低、无需CP的异步传输方 案。然而为了达到高的频谱效率而依赖 OQAM，使其与MIMO结合并不如 OFDM那样自然。近期有学者开始对其 在大规模MIMO下的应用进行探索。GFDM由于保留了CP，所以实现较为简单， GFDM在一定条件下能够退化为OFDM。 第 14 页 OFDM OFDM与5G 新型多址技术 结束语 FBMC、 OFDM和UFMC被欧盟5GNOW项目组提名为5G多载 波技术的备选方案，引起越来越多的关注。能否在频谱 效率、接收机复杂度、多址接入灵活性等方面取得较好 的折衷，同时解决OFDM在5G下的不足，是5G多载波传输 技术研究的重点， 同时也是难点。 目前要实现与OFDM复杂度相仿的频域单点均衡，仍 依赖CP的使用，从而浪费了无线资源，也不适合频繁 的短帧通信需要。如何在这一点上取得突破，将是新 一代多载波传输方法研究接下来需要解决的核心问题。 发展 尽管有优势的属性, OFDM / OFDMA也有 一定的缺陷，将它与其他新兴技术结合作为5G的 波形传输技术才是继续发展之道。 第 15 页 现代信息理论与新技术—— OFDM与5G 宁秋燕
