OFDMA新一代宽带无线接入及发展前景

1 多媒体业务推动了OFDM技术的发展
　　正交频分多路复用(OFDM)是一种多载波数字调制技术，其研究历史可以追溯到20世纪60年代中期，虽然OFDM 的概念已经存在了很长时间，但是直到最近随着多媒体业务的发展，它才被人们认识到它是一种高速双向无线数据通信的良好方法。该技术被欧洲的数字电视标准DVB－T和数字音频广播(DAB)标准所采纳，目前已经做为WLAN（ETSI Hiperlan/2和IEEE802.11a）和宽带无线接入(IEEE 802.16)的核心技术。随着DSP芯片技术的发展，傅立叶变换/反变换、高速modem采用的64/128/256QAM技术、珊格编码技术、软判决技术、信道自适应技术、插入保护时段、减少均衡计算量等成熟的技术逐步引入到移动通信领域中来，人们开始集中越来越多的精力开发OFDM 技术在移动通信领域的应用，预计第四代移动通信的主流技术也将是OFDM技术。
　　
　　自从2001年8月31日，国家信息产业部无线电管理局批准中国网通开展OFDMA固定无线接入系统（本文简称CelerFlex）试验以来，网通公司对该试验做了大量的工作，目前试验系统已经开通，并进行了必要的测试和业务演示，该试验证明了网通公司走固定无线接入与移动无线接入相结合是可行的。
　　
　　2 OFDMA技术及产品-提供了综合业务接入平台
　　本次试验系统中心站为中关村大厦，设备放置在20层，通过光缆连接到3层中国网通城域网边缘节点，通过该节点可以与Internet网连接，同时通过IP gateway连接到PSTN网络。中心基站采用半功率角为33度的定向天线。终端站我们分别选择了国家图书馆（4公里、完全不视通）、友谊宾馆（1.2公里、视通和不视通两种情况）、汇景阁（4公里，视通，多径严重）、中电大厦（1.2公里，朝向基站和背对基站两种情况，均不视通）等地开通浏览因特网、电子邮件、动态IP、文件传送、VOIP、视频点播、会议电视等业务，并进行了初步移动性测试。
　　
　　由于OFDMA技术的子载波自适应调整等性能，使该产品与目前比较成熟的固定无线接入和移动无线接入等技术相比具有很大优势。
　　
　　（1）频谱利用率提高-提高了系统容量
　　
　　由于OFDMA技术是将宽的带宽资源分成若干个子载波，因此，它不在受所占用的频率资源限制，例如：Wi-Lan公司以3.5Mhz频率资源为基础，BROADSTORM公司以5Mhz频率资源为基础，Wi-dax公司以6Mhz和8Mhz频率资源为基础，而Malibu公司则以20Mhz频率资源为基础开发产品。　　该试验产品从频域、时域和调制几个方面提高频率利用率：
　　
　　*基于该技术的产品是将宽的带宽资源划分为若干个子载波，用户选择使用无线性能良好的子载波，当多用户接入时，不同终端所在位置无线传送特性差别很大，各个终端可以互补使用子载波，达到所有子载波都得到有效应用。
　　
　　*对于低速率信号来说，如话音业务，即使采用单子载波通信也不能充分利用频率资源，因此采用时分复用方式，多个低速信号在不同的时隙公用相同的子载波。
　　
　　*本试验产品实现了64QAM调制，从调制方式上提高了频谱利用率，从而提高系统能力。
　　
　　（2）成本降低
　　
　　*本试验系统采用了全IP技术，因此系统复杂度、系统成本等方面大幅度降低。
　　
　　*与CDMA技术相比，由于该产品采用了OFDMA技术，用户可以在通信质量好的子信道上发送信号，避免了信道均衡和RAKE接收机等复杂的信号处理，从而降低了成本。
　　
　　（3）扩大了覆盖范围
　　
　　*由于OFDMA技术对多径信号比较强的处理能力，因此对中心基站和用户端站之间不要求完全视通，因此扩大了覆盖范围，提高了覆盖质量。
　　
　　*基于OFDMA技术的产品，用户端站选择无线性能好的子信道集中发送功率通信，而不再象其它接入方式在整个频带内发送，因此扩大了覆盖范围。
　　
　　3 应用前景-移动与固定无线接入系统的统一
　　与目前的各种移动通信技术相比，接入速率提高，下行可以达到8Mb/s，上行可以达到512kb/s，接入速率超过了第三代移动通信系统在静止情况下的传送能力。我们对该试验系统进行了移动性测试，终端在移动速度70公里/小时的情况接入下行能够保持600kb/s的接入速率。另外从系统无线性能等方面考察，在ACLR参数上与3GPP提出的指标相比，性能已经优于3GPP的要求，详见表1和表2，因此从组网角度考虑，在3GPP中，FDD和TDD系统之间以及不同运营商的系统间应该保留多大保护带宽等复杂的问题，在该系统中将会变得更容易。
　　
　　对基站设备ACLR性能要求见表1：
　　
　　表1　对基站设备ACLR参数要求
　　相邻信道 3GPP对ACLR容限要求 试验系统ACLR参数
　　距中心通道±5MHz 45dBc 55dBc
　　距中心通道±10MHz 55dBc 63dBc
　　表2　对终端设备的ACLR参数要求
　　3GPP功率类型 相邻信道 3GPP对ACLR容限要求 试验系统ACLR参数
　　2，3 UE channel±5MHz 33dBc 45dBc
　　2，3 UE channel±10MHz 43dBc 64dBc
　　
　　从上面两表可以看出，其ACLR的性能已经优于3GPP的要求。
　　
　　终端产品的逐步小型化，为提供移动业务打下了基础，预计2002年6月提供125mm x 100mm x 25mm终端，2003年6月提供PCMCIA type II型终端，直接从笔记本电脑上提供电源。这样该产品可以即插即用，而不再象固定无线接入那样安装馈线，解决电源供电等复杂的工作。
　　
　　OFDMA技术的发展和产品的开发，为移动和固定无线接入网络的统一打下了基础，预计未来的网络结构如图1所示。