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OFDMA 又名：正交頻分多址接入

正交頻分多址 Orthogonal Frequency Division Multiple Access(OFDMA):OFDMA是OFDM技術(shù)的演進(jìn)，將OFDM和FDMA技術(shù)結(jié)合。在利用OFDM對信道進(jìn)行子載波化后，在部分子載波上加載傳輸數(shù)據(jù)的傳輸技術(shù)。 OFDM是一種調(diào)制方式；OFDMA是一種多址接入技術(shù)，用戶通過OFDMA共享頻帶資源，接入系統(tǒng)。

 ont-size: 14px; line-height: 24px; text-indent: 2em; color: rgb(51, 51, 51);">正交頻分多址 Orthogonal Frequency Division Multiple Access(OFDMA):OFDMA是OFDM技術(shù)的演進(jìn)，將OFDM和FDMA技術(shù)結(jié)合。在利用OFDM對信道進(jìn)行子載波化后，在部分子載波上加載傳輸數(shù)據(jù)的傳輸技術(shù)。

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OFDM是一種調(diào)制方式；OFDMA是一種多址接入技術(shù)，用戶通過OFDMA共享頻帶資源，接入系統(tǒng)。
OFDMA又分為子信道（Subchannel）OFDMA和跳頻OFDMA。
sic-info" style="margin: 20px 0px 35px; clear: both; background-image: url(http://baike.bdimg.com/static/wiki-lemma/widget/lemma_content/mainContent/basicInfo/img/basicInfo-bg_7819f20.png); background-attachment: initial; background-size: initial; background-origin: initial; background-clip: initial; background-position: initial; background-repeat: initial;">
idth: 395px; float: left;">
ipsis; white-space: nowrap; word-wrap: normal; color: rgb(153, 153, 153);">中文名
OFDMA
外文名
Orthogonal Frequency Division Multiple Access
別    名
正交頻分多址接入
本    質(zhì)
OFDM技術(shù)的演進(jìn)
通信技術(shù)
IEEE 802.16
支持平臺
WiMax,LTE
 
amily: arial, tahoma, 'Microsoft Yahei', 宋體, sans-serif; background: rgb(251, 251, 251);">

目錄

ist column-3" style="float: left; border-left-style: solid; border-left-color: rgb(235, 235, 235); width: auto; position: relative; overflow: hidden; padding-top: 15px; padding-bottom: 20px; background-color: rgb(255, 255, 255);">
  1. isplay: inline-block; width: 18px; font-size: 16px; padding-left: 20px; padding-right: 8px; vertical-align: top; text-align: right; color: rgb(99, 160, 223);">1 發(fā)展由來
  2. 2 技術(shù)簡介
  3. 3 基本原理
  4. 4 技術(shù)分類
  1. ▪ 子信道OFDMA
  2. ▪ 跳頻OFDMA
  3. 5 可擴(kuò)展性
  4. 6 使用缺點(diǎn)
  1. 7 技術(shù)演進(jìn)
  2. 8 與CDMA的不同
  3. 9 不同涵義

發(fā)展由來

通用陸地無線接入（UTRAN）演進(jìn)的目標(biāo)是構(gòu)建出高速率、低時(shí)延、分組優(yōu)化的無線接入系統(tǒng)。演進(jìn)的UTRA致力于建立一個(gè)上行速率達(dá)到50 Mbps、下行速率達(dá)到100 Mbps、頻譜利用率為3G R6的3～4倍的高速率系統(tǒng)。為達(dá)到上述目標(biāo)，多址方案的選擇應(yīng)該考慮在復(fù)雜度合理的情況下，提供更高的數(shù)據(jù)速率和頻譜利用率。在上行鏈路中，由于終端功率和處理能力的限制，多址方案的設(shè)計(jì)更具挑戰(zhàn)性，除了性能和復(fù)雜度，還需要考慮峰值平均功率比（PAPR）對功率效率的影響。
在3GPP LTE的標(biāo)準(zhǔn)化過程中，諾基亞、北電等公司提交了若干多址方案，如多載波（MC)-WCDMA，MC-TD-SCDMA，正交頻分多址接入（OFDMA），交織頻分復(fù)用（IFDMA）和基于傅立葉變換擴(kuò)展的正交頻分復(fù)用（DFT-S OFDM）。OFDMA已成為下行鏈路的主流多址方案，并且是上行鏈路的熱門候選方案，其中，北電公司的方案支持頻分雙工（FDD)方式，信息產(chǎn)業(yè)部電信傳輸研究所的方案支持時(shí)分雙工（TDD）方式。
由于正交頻分復(fù)用（OFDM) 能夠很好地對抗無線傳輸環(huán)境中的頻率選擇性衰落，可以獲得很高的頻譜利用率，OFDM非常適用于無線寬帶信道下的高速傳輸。通過給不同的用戶分配子載波，OFDMA提供了天然的多址方式。由于用戶間信道衰落的獨(dú)立性，可以利用聯(lián)合子載波分配帶來的多用戶分集增益提高性能，達(dá)到服務(wù)質(zhì)量（QoS）要求。然而，為了降低成本，在用戶設(shè)備（UE）端通常使用低成本的功率放大器，OFDM中較高的PAPR將降低UE的功率利用率，降低上行鏈路的覆蓋能力。由于單載波頻分復(fù)用（SC-FDMA）具有的較低的PAPR，它被提議成為候選的多址方案。
目前，OFDMA已被廣泛研究，并已成為3GPP LTE的下行鏈路的主流多址方案。然而，在上行鏈路的研究中，盡管SC-FDMA成為主流的多址方式，但OFDM和SC-FDMA之間的比較大多從PAPR的角度進(jìn)行，而沒有考慮兩者的鏈路性能，更沒有充分地考慮PAPR和性能的折衷。
OFDMA技術(shù)與OFDM技術(shù)相比，用戶可以選擇條件較好的子載波進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，而不像OFDM技術(shù)那樣，一個(gè)用戶在整個(gè)頻帶內(nèi)發(fā)送，從而保證了子載波都被對應(yīng)信道條件較優(yōu)的用戶使用，獲得了頻率上的分集增益。在OFDMA中，一組用戶可以同時(shí)接入到某一子載波。
目前使用OFDMA的無線通信技術(shù)有：IEEE 802.16。

技術(shù)簡介編輯

正交頻分多址- OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access）是無線通訊系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)，是一種多址技術(shù)。WiMax,LTE,都支持OFDMA。
OFDMA 多址接入系統(tǒng)將傳輸帶寬劃分成正交的互不重疊的一系列子載波集，將不同的子載波集分配給不
picture text-pic layout-right" style="border-style: solid; border-color: rgb(224, 224, 224); overflow: hidden; margin: 0px 0px 3px 20px; position: relative; float: right; clear: right; width: 250px;">正交頻分多址正交頻分多址
同的用戶實(shí)現(xiàn)多址。OFDMA系統(tǒng)可動態(tài)地把可用帶寬資源分配給需要的用戶，很容易實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)資源的優(yōu)化利用。由于不同用戶占用互不重疊的子載波集，在理想同步情況下，系統(tǒng)無多戶間干擾，即無多址干擾（MAI）。右圖給出出了OFDMA系統(tǒng)的原理示意圖。其中，灰色、白色以及深灰色時(shí)頻柵格代表不同的子載波集，它們在頻帶上是互不重疊的，并分別分配給不同用戶。OFDMA方案可以看作將總資源（時(shí)間、帶寬）在頻率上進(jìn)行分割，實(shí)現(xiàn)多用戶接入。

基本原理編輯

多徑效應(yīng)是目前無線系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)之一。多徑來自發(fā)射器和接收器間的反射，反射在不同時(shí)刻到達(dá)接收器。分離各反射的時(shí)間間隔被稱為延遲擴(kuò)展。當(dāng)延遲擴(kuò)展與發(fā)送的符號時(shí)間（Symbol Time）大致相等時(shí)，這種干擾有可能引發(fā)問題。典型的延遲擴(kuò)展時(shí)長幾微秒，與CDMA符號時(shí)間接近。OFDMA的符號時(shí)間大致在100微秒，因而多徑現(xiàn)象的影響不太嚴(yán)重。為緩解多徑效應(yīng)，在每一符號后插入一個(gè)約10微秒、稱為循環(huán)前綴的警戒邊帶。
為得到更高數(shù)據(jù)速率，OFDM系統(tǒng)必須比CDMA系統(tǒng)更有效地利用頻寬。每單位赫茲的位數(shù)稱為頻譜效率。采用高階調(diào)制是實(shí)現(xiàn)更高效率的方法之一。調(diào)制是指每一子載波發(fā)送的位數(shù)。例如，在正交振幅調(diào)制（QAM）中，每載頻發(fā)送2位。在16 QAM和64 QAM中，每個(gè)子載波分別發(fā)送4和6位。在4G系統(tǒng)，因預(yù)期會采用64 QAM，所以其頻譜效率很高。
OFDMA原理OFDMA原理
OFDMA針對多用戶通信進(jìn)行了優(yōu)化，尤其是蜂窩電話和其它移動設(shè)備。
它是針對蜂窩電話長期演進(jìn)（LTE）的最合適調(diào)制方案。在這種演變的過程中， 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，后來又根據(jù)IEEE針對IEEE 802.16-2004（固話）和802.12e（移動）WiMAX的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化。
與CDMA（碼分多址接入）寬帶CDMA及通用移動通信系統(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潔方法。
OFDMA會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)。反過來，這又改進(jìn)了系統(tǒng)的頻譜效率。
OFDMA將整個(gè)頻帶分割成許多子載波，將頻率選擇性衰落信道轉(zhuǎn)化為若干平坦衰落子信道，從而能夠有效地抵抗無線移動環(huán)境中的頻率選擇性衰落。由于子載波重疊占用頻譜，OFDM能夠提供較高的頻譜利用率和較高的信息傳輸速率。通過給不同的用戶分配不同的子載波，OFDMA提供了天然的多址方式，并且由于占用不同的子載波，用戶間滿足相互正交，沒有小區(qū)內(nèi)干擾（如圖1所示）。同時(shí)，OFDMA可支持兩種子載波分配模式：分布式和集中式。在子載波分布式分配的模式中，可以利用不同子載波的頻率選擇性衰落的獨(dú)立性而獲得分集增益。
此外，因?yàn)镺FDMA已成為下行鏈路的主流方案，上行鏈路如也采用OFDMA，LTE的上下行鏈路將具有最大的一致性，可以簡化終端的設(shè)計(jì)。
一個(gè)分配了M個(gè)子載波的用戶的傳輸信號可表示為：D =[d 0，d 1……d M-1]T，其中，T代表矩陣轉(zhuǎn)置，di是調(diào)制信號。
經(jīng)過快速傅立葉反變換（IFFT）調(diào)制后，信號向量S =F N* T N,M D，其中TN，M代表子載波分配的映射矩陣，其元素是表達(dá)子載波的分布式或者集中式分配。F*N是N點(diǎn)IFFT矩陣，*代表共軛轉(zhuǎn)置，并且FN=[f 1T，f 2T……f NT]T，192x31
經(jīng)過衰落信道和快速傅立葉變換（FFT）信號處理后，頻域的接收信號可以作如下表達(dá)：R=HTN，M D+n，其中H=diag(Hk），Hk是第k個(gè)子載波上的頻域響應(yīng)；n是高斯噪聲向量；R=[r(0），r ⑴ ……r (N-1）]T，r (k）是第k個(gè)子載波上的接收信號。
由于OFDM的時(shí)域信號是若干平行隨機(jī)信號之和，因而容易導(dǎo)致高PAPR。基站端的功率限制相對較弱，并且可以采用較為昂貴的功率放大器，所以在下行鏈路中，高PAPR不會帶來太大的問題。然而，在上行鏈路中，由于用戶終端的功率放大器要求低成本，并且電池的容量有限，因而高PAPR會將降低UE的功率利用率，減小上行的有效覆蓋。為避免OFDM的上述缺點(diǎn)，必須降低PAPR。
降低OFDM的PAPR的技術(shù)有很多，比如選擇性映射、削波和濾波等等。文獻(xiàn)[6]中證明了通過削波和濾波，可以將PAPR降低到6 dB以下時(shí)，同時(shí)對OFDM的性能影響很小，而且?guī)淼膹?fù)雜度增加也是可以接受的。因此，本文將主要研究不同多址方案的鏈路級性能的比較。
OFDMA原理OFDMA原理
在OFDM中，采用快速傅立葉變換（FFT）將可用帶寬分成數(shù)學(xué)上正交的許多小帶寬。而頻帶的重構(gòu)是由快速傅立葉反變換（IFFT）完成的。FFT和IFFT都是定義得很完善的算法，當(dāng)大小為2的整數(shù)倍時(shí)，可被非常高效地實(shí)現(xiàn)。OFDM系統(tǒng)的典型FFT大小是512、1024和2048，而較小的 128和256也是可能的?？芍С?、10和20 MHz帶寬。該技術(shù)的一個(gè)優(yōu)異特性是易于改用其它帶寬。即便整個(gè)可用帶寬改變了，較小的帶寬單元也可維持不變。例如：10MHz可分成1,024個(gè)小頻帶；而5MHz可分成512個(gè)小頻帶。這些典型大小為10 kHz的小頻帶被稱為子載波。

技術(shù)分類編輯

OFDMA又分為子信道（Subchannel）OFDMA和跳頻OFDMA。

子信道OFDMA

子信道OFDMA將整個(gè)OFDM系統(tǒng)的帶寬分成若干子信道，每個(gè)子信道包括若干子載波，分配給一個(gè)用戶（也可以一個(gè)用戶占用多個(gè)子信道）。 OFDM子載波可以按兩種方式組合成子信道：集中式和分布式，如下圖所示。
集中式和分布式集中式和分布式
  • 集中式將若干連續(xù)子載波分配給一個(gè)子信道（用戶），這種方式下系統(tǒng)可以通過頻域調(diào)度（Scheduling）選擇較優(yōu)的子信道（用戶）進(jìn)行傳輸，從而獲得多用戶分集增益。另外，集中方式也可以降低信道估計(jì)的難度。但這種方式獲得的頻率分集增益較小，用戶平均性能略差。
  • 分布式系統(tǒng)將分配給一個(gè)子信道的子載波分散到整個(gè)帶寬，各子載波交替排列，從而獲得頻率分集增益。但這種方式下信道估計(jì)較為復(fù)雜，也無法采用頻域調(diào)度，抗頻偏能力也較差。
設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況在上述兩種方式中靈活進(jìn)行選擇。
  • 當(dāng)信道估計(jì)準(zhǔn)確性較高如終端低速移動時(shí)，可以采用集中式分配，獲得多用戶分集增益。
  • 當(dāng)信道估計(jì)準(zhǔn)確性不高如終端快速移動時(shí)，可以采用分布式分配，獲得單用戶頻率分集增益。

跳頻OFDMA

子信道OFDMA對子信道（用戶）的子載波分配相對固定，即某個(gè)用戶在相當(dāng)長的時(shí)長內(nèi)使用指定的子載波組（這個(gè)時(shí)長由頻域調(diào)度的周期而定）。
這種OFDMA系統(tǒng)足以實(shí)現(xiàn)小區(qū)內(nèi)的多址，但實(shí)現(xiàn)小區(qū)間多址卻有一定的問題。因?yàn)槿绻餍^(qū)根據(jù)本小區(qū)的信道變化情況進(jìn)行調(diào)度，各小區(qū)使用的子載波資源難免沖突，隨之導(dǎo)致小區(qū)間干擾。如果要避免這樣的干擾，則需要在相鄰小區(qū)間進(jìn)行協(xié)調(diào)（聯(lián)合調(diào)度），但這種協(xié)調(diào)可能需要網(wǎng)絡(luò)層的信令交換的支持，對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的影響較大。
一種很好的選擇就是采用跳頻OFDMA。
在跳頻OFDMA系統(tǒng)中，分配給一個(gè)用戶的子載波資源快速變化，每個(gè)時(shí)隙，此用戶在所有子載波中抽取若干子載波使用，同一時(shí)隙中，各用戶選用不同的子載波組，如下圖所示。
用戶子載波用戶子載波
與基于頻域調(diào)度的子信道化不同，這種子載波的選擇通常不依賴信道條件而定，而是隨機(jī)抽取。在下一個(gè)時(shí)隙，無論信道是否發(fā)生變化，各用戶都跳到另一組子載波發(fā)送，但用戶使用的子載波仍不沖突。跳頻的周期可能比子信道OFDMA的調(diào)度周期短的多，最短可為OFDM符號長度。這樣，在小區(qū)內(nèi)部，各用戶仍然正交，并可利用頻域分集增益。在小區(qū)之間不需進(jìn)行協(xié)調(diào)，使用的子載波可能沖突，但快速跳頻機(jī)制可以將這些干擾在時(shí)域和頻域分散開來，即可將干擾白化為噪聲，大大降低干擾的危害。在負(fù)載不是很重的系統(tǒng)中，跳頻OFDMA可以簡單而有效地抑制小區(qū)間干擾。

可擴(kuò)展性編輯

因?yàn)?a target="_blank" style="color: rgb(19, 110, 194); text-decoration: none;">信道容量在不同國家會有所不同，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質(zhì)量，可以確定子信道的間隔。
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，正在通過手機(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128 FFT或512 FFT處理的信號。
OFDM采用了先進(jìn)的多天線信號處理技術(shù)。多輸入多輸出（MIMO）和波束成形（通常指AAS）是兩種最常用的技術(shù)。
在MIMO中，系統(tǒng)接收來自不同發(fā)射天線的信號會有很大差異。在室內(nèi)或建筑密集的都市，由于發(fā)射器和接收器之間存在許多反射和多徑，因而這種情況很普遍。在這種情況下，每個(gè)天線可以相同頻率發(fā)送另一個(gè)不同信號，而在接收器端通過信號處理還可恢復(fù)該信號。理解這種特性的一個(gè)簡單方法是考慮一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的、有N個(gè)方程和N個(gè)未知量的方程組，可借助熟知的矩陣求逆技術(shù)來求解該方程組。以這種方式重復(fù)利用頻率被稱為Re-use1，同一頻率在同一時(shí)間被用于不同信號。
OFDMA幀分配OFDMA幀分配
而波束成形則是一種發(fā)射技術(shù)，它試圖在接收器內(nèi)為多個(gè)發(fā)射器形成一個(gè)一致架構(gòu)。這種技術(shù)可在接收器端得到很高的信噪比（SNR），另外，它還可提供更寬帶寬或以相同發(fā)射功率實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)距離。波束成形不是利用天線間的不同空氣接觸反射原理，而是對信號進(jìn)行修改以使其統(tǒng)一。因此，波束成形對頻率的重復(fù)利用與MIMO所用的方式不同。將頻率分成不同的頻段用于不同蜂窩單元被稱為Re-use 3。
在一些應(yīng)用中，可能結(jié)合MIMO和波束成形技術(shù)，尤其是在4天線系統(tǒng)中。一個(gè)理想的系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)其特性進(jìn)行切換以便在不同模式運(yùn)作。不變子信道間隔的主要爭議在于，如果子信道間隔不是恒定的，一個(gè)正在移動的物體的多普勒頻移會影響信號質(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。

使用缺點(diǎn)編輯

盡管OFDMA在其實(shí)現(xiàn)過程中進(jìn)展良好，但是它也有一些缺陷，這些缺陷有如下幾方面：
⒈ OFDMA電子部分，包括FFT和前向糾錯(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)。
⒉ 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符號中，頻率選擇性衰落和分集增益的優(yōu)勢可能至少有部分損失。
⒊ 處理來自鄰近單元的同信道干擾時(shí)，OFDM要比CDMA更復(fù)雜。

技術(shù)演進(jìn)編輯

OFDMA是OFDM技術(shù)的演進(jìn)。在利用OFDM對信道進(jìn)行子載波化后，在部分子載波上加載傳輸數(shù)據(jù)的傳輸技術(shù)。用戶可以選擇信道條件較好的子通道（subchannel）進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，一組用戶可以同時(shí)接入到某一信道。

與CDMA的不同編輯

OFDMA技術(shù)與OFDM技術(shù)相比，用戶可以選擇條件較好的子信道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，而不像OFDM技術(shù)在整個(gè)頻帶內(nèi)發(fā)送，從而保證了各個(gè)子載波都被對應(yīng)信道條件較優(yōu)的用戶使用，獲得了頻率上的分集增益。在OFDMA中，一組用戶可以同時(shí)接入到某一信道。OFDMA與CDMA不同處在于使用2048個(gè)子載波（subcarrier）來承載資料，其中的1680個(gè)用來傳送資料，與CDMA單一載波所承載單一資料比起來，傳送資料速度更快。OFDMA另一優(yōu)點(diǎn)對抗多路徑的效應(yīng)。
目前是用OFDMA的無線通信技術(shù)有：IEEE 802.16。
當(dāng)前面臨的主要問題有：峰均功率比（PAPR）問題等。

不同涵義編輯

OFDM Optical Frequency Division Multiplexing 光頻分復(fù)用
OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplex 正交頻分復(fù)用
OFDMA Optical FDMA 光頻分多址
OFDMA 正交頻分多址接入

 


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