1..1의 발전 역사
1970 년대에 Weinstein 과 Ebert 는 이산 푸리에 변환 (DFT) 과 고속 푸리에 방법 (FFT) 을 이용하여 OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 시스템이라는 완전한 멀티캐리어 전송 시스템을 개발했습니다.
OFDM 은 직교 주파수 분할 재사용의 약어입니다. OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 은 특수한 멀티캐리어 전송 체계입니다. OFDM 에서 이산 푸리에 변환 (DFT) 및 해당 역변환 (IDFT) 은 여러 직교 하위 반송파를 생성하고 하위 반송파에서 원래 신호를 복구하는 문제를 해결하는 데 사용됩니다. 이렇게 하면 멀티캐리어 전송 시스템의 전송 및 전송 문제가 해결됩니다. 고속 푸리에 변환의 응용은 멀티캐리어 전송 시스템의 복잡성을 크게 감소시켰다. 그 이후로 OFDM 기술은 실용화되기 시작했습니다. 그러나 OFDM 시스템의 응용은 여전히 많은 복잡한 디지털 신호 처리 과정을 필요로 하고, 당시 강력한 디지털 처리 기능을 갖춘 부품은 매우 적기 때문에 OFDM 기술은 빠르게 발전하지 못했다.
최근 몇 년 동안, 통합 디지털 회로 및 디지털 신호 처리 장치의 급속한 발전과 고속 무선 통신에 대한 사람들의 긴급한 요구로 OFDM 기술이 다시 한 번 주목 받고 있습니다. 1960 년대에는 병렬 데이터 전송 및 주파수 분할 멀티플렉싱 (FDM) 사용 개념이 제시되었습니다. 1970 년 미국은 병렬 데이터와 하위 채널이 겹치는 주파수 분할 멀티플렉싱을 이용하여 고속 평형에 대한 의존도를 없애고 펄스 소음과 다중 경로 왜곡에 저항하며 대역폭을 최대한 활용하는 특허를 출원하고 발명했습니다. 이 기술은 처음에는 주로 군사 통신 시스템에 사용되었다. 그러나, 오랫동안 OFDM 이론이 실천으로 나아가는 속도가 느려졌다. OFDM 의 부반송파는 서로 직교하기 때문에 FFT 를 사용하여 이러한 변조를 수행합니다. 그러나 실제 응용 프로그램에서는 실시간 푸리에 변환 장치의 복잡성, 송신기 및 수신기 발열기의 안정성, 무선 주파수 전력 증폭기의 선형성 요구 사항이 OFDM 기술의 제약 요소가 됩니다. 1980 년대에 MCM 은 돌파구를 만들었습니다. 대규모 집적 회로로 인해 FFT 기술의 실현은 더 이상 넘을 수 없는 장애물이 아니며, 달성하기 어려운 다른 어려움들도 부분적으로 해결되었다. 그 이후로 OFDM 은 통신 무대에 올라 고속 디지털 이동통신 분야에 점진적으로 진입했다.
1.2 응용 프로그램
기술의 실현성으로 인해 OFDM 은 1990 년대에 모바일 무선 FM 채널, 고비트율 디지털 가입자 회선 시스템 (HDSL), 비대칭 디지털 가입자 회선 시스템 (ADSL), 매우 높은 비트율 디지털 사용자 회선 시스템 (HDSI), 디지털 오디오 방송 등 다양한 디지털 전송 및 통신에 널리 사용되었습니다. 1999 년 IEEE802.lla 는 OFDM 변조 기술을 물리적 계층 표준으로 사용하여 54MbPs 의 전송 속도를 제공합니다. 이를 통해 25MbPs 무선 ATM 인터페이스와 10MbPs 이더넷 무선 프레임 패브릭 인터페이스를 제공하여 음성, 데이터 및 이미지 비즈니스를 지원합니다. 이 속도는 실내와 실외의 응용을 충분히 만족시킬 수 있다. ETSl 광대역 무선 액세스 네트워크의 LAN 표준도 OFDM 을 변조 표준 기술로 정의합니다.
200 1, IEEE802. 16 은 무선 메트로폴리탄 지역 네트워크 표준을 통해 주파수 대역에 따라 시선 및 비시선으로 구분됩니다. 그중에는 허가와 비허가 주파수 대역이 사용되었다. 이 주파수 대역 내의 파장이 길어서 비시선 전파에 적합하기 때문이다. 이 시점에서 시스템은 강력한 다중 경로 효과를 가지며 비승인 주파수 대역에는 여전히 간섭 문제가 있기 때문에 시스템은 다중 경로 효과, 주파수 선택적 페이딩 또는 좁은 밴드 간섭에 대한 상당한 이점을 가진 OFDM 변조를 사용합니다. 다중 접속 방식은 OFDMA 입니다. 이후 IEEE802. 16 의 표준은 매년 발전하고 있습니다. 2006 년 2 월, IEEE802. 16e (모바일 광대역 무선 메트로폴리탄 액세스 무선 인터페이스 표준) 가 최종 간행물을 형성했습니다. 물론 사용된 변조 방식은 OFDM 입니다.
2004 년 6 월 5438+065438+ 10 월, 여러 이동통신업체, 제조업체 및 연구기관의 요구에 따라 3GPP 는 장기 진화 (LTE) 라는 프로젝트인' 3G 장기 진화' 를 통과시켰다. 이 프로젝트의 목표는 3G 진화 시스템의 기술 사양을 개발하는 것이다. 치열한 토론과 어려운 통합을 통해 3GPP 는 결국 5438 년 6 월 +2005 년 2 월 LTE 의 기본 전송 기술인 다운스트림 OFDM 과 업링크 SC 를 선택했습니다. 기술의 성숙으로 OFDM 은 다운스트림 표준으로 선정되어 곧 * * * 의 이해를 얻었다. 업스트림 기술 선택에서 OFDM 의 피크 대 평균 비율 (PAPR) 로 인해 일부 장비 업체는 터미널의 전력 소비량 및 전력 소비량을 늘리고 터미널 사용 시간을 제한하며 필터, 피크 절단 등을 통해 PAPR 을 제한할 수 있다고 생각합니다. B3G/4G 의 목표는 고속 모바일 환경에서 최대 100Mb/S 의 다운스트림 데이터 전송 속도를 지원하고 실내 및 정적 환경에서 1Gb/S 의 다운스트림 데이터 전송 속도를 지원하는 것입니다. 20 10 년, 세계 최초의 TD-LTE-A 대규모 실험망이 상하이 엑스포에서 언론에 개방될 예정이다. 4G 는 OFDM 과 MIMO 를 기반으로 한 기술 조합이지만 전체 구조는 다릅니다. OFDM 과 MIMO 기반 표준은 두 가지가 있습니다. 하나는 IEEE802- 16M, 하나는 LTE-Advanced, OFDM 기술은 핵심 핵심 기술 중 하나입니다.
1.4 의 장단점
이점: OFDM 에는 다음과 같은 많은 기술적 이점이 있습니다. 3G 와 4G 에서 사용할 경우 통신에 많은 장점이 있습니다.
(1) OFDM 기술은 좁은 대역폭 내에서 대량의 데이터를 전송할 수 있으며, 최소 1000 개의 디지털 신호를 동시에 분리할 수 있으며, 간섭 신호 주변에서 안전하게 작동할 수 있는 능력은 현재 시장에서 이미 널리 사용되고 있는 CDMA 기술의 발전과 성장을 직접적으로 위협할 것입니다. 이러한 특수한 신호' 침투 능력' 때문에 OFDM 기술은 유럽 통신업체와 휴대전화 업체들의 사랑과 환영을 받고 있다. 미국 캘리포니아 씨스코 시스템사, 뉴욕공과대학, 롱슨공대, 캐나다의 윌란공과대학도 이 기술을 채택하고 있다.
(2) OFDM 기술은 전송 매체에서 통신 특성의 갑작스러운 변화를 지속적으로 모니터링할 수 있습니다. 통신 경로의 데이터 전송 능력은 시간이 지남에 따라 변하기 때문에 OFDM 은 해당 반송파를 동적으로 적응시키고 켜고 꺼서 지속적인 성공적인 통신을 보장할 수 있습니다. 이 기술은 전송 매체에서 어떤 특정 반송파 신호가 감쇠가 크거나 간섭 펄스가 있는지 자동으로 감지한 다음 적절한 변조 조치를 취하여 지정된 주파수의 반송파가 성공적으로 통신할 수 있도록 합니다.
(3) OFDM 기술은 고층 건물, 인구 밀집 및 지리적 위치가 두드러진 지역 및 신호가 전파되는 지역에 특히 적합합니다. 고속 데이터 전송과 디지털 음성 방송 모두 다중 경로 효과가 신호에 미치는 영향을 줄이고자 합니다.
(OFDM 기술의 가장 큰 장점은 주파수 선택적 페이딩 또는 좁은 밴드 간섭입니다. 단일 반송파 시스템에서는 단일 페이딩 또는 간섭으로 인해 전체 통신 링크가 실패할 수 있지만, 멀티캐리어 시스템에서는 소량의 반송파만 방해를 받을 수 있습니다. 오류 정정 코드는 이러한 하위 채널을 수정하는 데도 사용할 수 있습니다.
(5) OFDM 기술은 신호 파형 간의 간섭에 효과적으로 저항하며 다중 경로 환경 및 페이딩 채널에서 고속 데이터 전송에 적합합니다. 채널이 다중 경로 전송으로 인해 주파수가 선택적으로 감쇄되는 경우 하위 반송파와 그에 수반되는 정보만 영향을 받고 다른 하위 반송파는 손상되지 않으므로 시스템의 전체 비트 오류율 성능이 훨씬 좋습니다.
(6) OFDM 기술은 각 하위 반송파의 공동 코드를 통해 강력한 감쇄 방지 기능을 갖추고 있습니다. OFDM 기술 자체는 채널의 주파수 다이버시티를 활용합니다. 페이딩이 특히 심각하지 않으면 시간 영역 이퀄라이저를 추가할 필요가 없습니다. 각 채널을 공동으로 인코딩하여 시스템 성능을 향상시킬 수 있습니다.
(7) OFDM 기술은 채널 활용도를 높일 수 있으며, 이는 스펙트럼 자원이 제한된 무선 환경에서 특히 중요합니다. 하위 반송파 수가 많을 때 시스템의 스펙트럼 활용도는 2 포터/헤르츠가 됩니다.
단점: OFDM 은 이러한 장점을 가지고 있지만 신호 변조 메커니즘으로 인해 OFDM 신호가 전송 중에 몇 가지 단점이 있습니다.
(1) 위상 잡음 및 반송파 주파수 오프셋에 매우 민감합니다.
이것은 OFDM 기술의 매우 치명적인 단점입니다. 전체 OFDM 시스템은 하위 캐리어 간의 직교성을 매우 엄격하게 요구합니다. 작은 캐리어 주파수 오프셋은 하위 캐리어 간의 직교성을 손상시켜 ICI 를 발생시킵니다. 마찬가지로 위상 소음은 기호 별자리점의 회전과 확산으로 인해 ICI 를 형성합니다. 그러나 단일 캐리어 시스템에는 이 문제가 없습니다. 위상 잡음 및 반송파 주파수 오프셋은 수신 신호 대 잡음비만 낮추고 상호 간섭을 일으키지 않습니다.
(2) 피크 대 평균 비율이 너무 크다
OFDM 신호는 서로 다른 변조 기호로 독립적으로 조절되는 여러 개의 하위 반송파 신호로 구성됩니다. OFDM 변조는 기존의 일정 포락선 변조 방법보다 높은 피크 계수를 가지고 있습니다. OFDM 신호는 많은 작은 신호의 합계이기 때문에 이러한 작은 신호의 위상은 전송할 데이터 시퀀스에 의해 결정됩니다. 일부 데이터의 경우 이러한 작은 신호는 동일할 수 있지만 진폭 위에 겹쳐져 큰 순간 피크 진폭을 생성합니다. 그러나 PAPR 이 너무 크면 A/D 및 D/A 의 복잡성이 증가하여 무선 주파수 전력 증폭기의 효율성이 떨어집니다. 동시에 송신기에서 증폭기의 최대 출력 전력은 신호의 최고치를 제한하여 OFDM 대역 내 및 인접 주파수 대역 간의 간섭을 초래할 수 있습니다.
(3) 필요한 선형 범위 폭
OFDM 시스템의 피크 평균 전력비 (PAPR) 가 크고 비선형 확대에 더 민감하기 때문에 OFDM 변조 시스템은 증폭기에 대한 선형 범위 요구 사항이 단일 반송파 시스템보다 더 높습니다.