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中图分类号：TN929.5 文献标识码：A 文章编号：1672-8882（2015）02-090-01
一、引言
4G是第四代移动通信及其技术的简称，是集3G与WLAN于一体并能够传输高质视频图像以及图像质量与高清电视不相上下的技术产品。4G系统能够以百兆的速度下载，比拨号上网快上千倍，上传的速度也能达到几十兆，并能够满足大多数用户对于无线服务的要求。4G在用户最为关注的价格方面，与固定宽带网络的价格不相上下，而且计费方式更加灵活方便，用户可以根据自身的需求确定所需的服务。并且，4G可以在DSL和有线电视调制解调器没有覆盖的地方部署，然后再扩展到整个地区。所以，4G有着不可比拟的优越性。
虽然现在数据传输理论和实践已经取得了相当大的进展，但是随着通信的发展，可以利用的频率资源日趋紧张，如何在4G通信系统中高速、可靠地传输信息成为关注的焦点。OFDM调制技术的出现为实现高效的抗干扰调制技术和提高频带利用率开辟了一条的新路径。
二、OFDM技术基本原理
OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）即正交频分复用，是4G系统的核心技术。OFDM特别适合于存在多径传播和多普勒频移的无线移动信道中传输高速数据，能有效对抗多径效应，消除ISI，对抗频率选择性衰落，信道利用率高。
OFDM是一种高效的数据传输方式，其基本思想是在频域内将给定信道分成许多正交子信道，在每个子信道上使用一个子载波进行调制，并且各子载波并行传输。这样，尽管总的信道是非平坦的，具有频率选择性，但是每个子信道上进行的是窄带传输，信号带宽小于信道的相应带宽，因此就可以大大消除信号波形间的干扰。OFDM相对于一般的多载波传输的不同之处是他允许子载波频谱部分重叠，只要满足子载波间相互正交，则可以从混叠的子载波上分离出数据信号。由于OFDM允许子载波频谱混叠，其频谱效率大大提高，因而是一种高效的调制方式。
OFDM技术的基本原理是将高速串行数据变换成多路相对低速的并行数据并对不同的载波进行调制。这种并行传输体制大大扩展了符号的脉冲宽度，提高了抗多径衰落的性能。传统的频分复用方法中各个子载波的频谱是互不重叠的，需要使用大量的发送滤波器和接受滤波器，这样就大大增加了系统的复杂度和成本。同时，为了减小各个子载波间的相互串扰，各子载波间必须保持足够的频率间隔，这样会降低系统的频率利用率。而现代OFDM系统采用数字信号处理技术，各子载波的产生和接收都由数字信号处理算法完成，极大地简化了系统的结构。同时为了提高频谱利用率，使各子载波上的频谱相互重叠（如下图所示），但这些频谱在整个符号周期内满足正交性，从而保证接收端能够不失真地复原信号。
正交频分复用信号的频谱示意图
当传输信道中出现多径传播时，接收子载波间的正交性就会被破坏，使得每个子载波上的前后传输符号间以及各个子载波间发生相互干扰。为解决这个问题，在每个OFDM传输信号前面插入一个保护间隔，它是由OFDM信号进行周期扩展得到的。只要多径时延不超过保护间隔，子载波间的正交性就不会被破坏。
三、OFMD技术优点
近年来，OFDM技术已经备受关注，其原因在于OFDM技术有以下优点：
（一）OFDM技术的最大优点是对抗频率选择性衰落或窄带干扰，可以有效克服ISI，适用于多径环境和衰落信道中的高速数据传输。特别适合使用在高层建筑物、居民密集和地理上突出的地方以及将信号散播的地区。
（二）OFDM技术采用基于IFFT/FFT的算法集成于硬件模块，运行速度主要取决于硬件电路的运行速度，同时也简化了系统实现的复杂程度。
（三）OFDM技术能够持续不断地监控传输介质上通信特性的突然变化。该技术可以自动地检测到在传输介质下，哪一个特定的载波存在高的信号衰减或干扰脉冲，然后采取合适的调制措施来使指定频率下的载波进行成功通信。
（四）OFDM可以容易的与其他多种接入方法结合使用，构成OFDMA系统，其中包括多载波码分多址MC-CDMA、跳频OFDM以及OFDM-TDMA等等，使得多个用户可以同时利用OFDM技术进行信息的传输。
（五）OFDM技术的信道利用率很高。OFDM系统可以最大限度的利用频谱资源。当子载波个数很大时，系统的频谱利用率趋于2波特/Hz。
四、OFDM技术在其他领域的应用
（一）在电力线通信中的应用
电力线通信技术简称PLC（Power Line Communication）是指利用电力线传输数据和话音信号的一种通信方式。OFDM技术可以提高电力线网络的传输质量，即使在配电网受到严重干扰时，仍可提供带宽并且保证带宽传输效率。
（二）在数字电视和音频广播中的应用
OFDM在数字广播电视系统中取得了广泛的应用，其中数字音频广播（DAB）标准是一个正式使用OFDM的标准。另外，当前国际上全数字高清晰度电视传输系统中采用的调制技术就包括OFDM技术。它具有很高的频谱利用率，可以进一步提高抗干扰能力，满足电视系统的传输要求。选择OFDM作为数字音频广播和数字视频广播的主要原因在于：可以有效地解决多径时延扩展问题。
（三）在宽带无线接入中的应用
OFDM技术适用于无线环境下的高速传输，在宽带无线接入中得到应用。IEEE802.16工作组开发了一个2GHz～11GHzBWA的标准——IEEE802.16a，物理层就采用了OFDM技术。
五、结语
4G通信并不是从3G通信的基础上经过简单的升级而演变过来的，它的核心建设技术根本就是不同的，4G移动通信系统技术以正交多任务分频技术（OFDM）最受瞩目，利用这种技术可以实现例如无线区域环路、数字音讯广播等方面的无线通信增殖服务；但第四代移动通信系统不会仅仅只采用OFDM一种技术，因此以OFDM为核心技术的第四代移动通信系统，也会存在CDMA的延伸技术。
一、引言
4G是第四代移动通信及其技术的简称，是集3G与WLAN于一体并能够传输高质视频图像以及图像质量与高清电视不相上下的技术产品。4G系统能够以百兆的速度下载，比拨号上网快上千倍，上传的速度也能达到几十兆，并能够满足大多数用户对于无线服务的要求。4G在用户最为关注的价格方面，与固定宽带网络的价格不相上下，而且计费方式更加灵活方便，用户可以根据自身的需求确定所需的服务。并且，4G可以在DSL和有线电视调制解调器没有覆盖的地方部署，然后再扩展到整个地区。所以，4G有着不可比拟的优越性。
虽然现在数据传输理论和实践已经取得了相当大的进展，但是随着通信的发展，可以利用的频率资源日趋紧张，如何在4G通信系统中高速、可靠地传输信息成为关注的焦点。OFDM调制技术的出现为实现高效的抗干扰调制技术和提高频带利用率开辟了一条的新路径。
二、OFDM技术基本原理
OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）即正交频分复用，是4G系统的核心技术。OFDM特别适合于存在多径传播和多普勒频移的无线移动信道中传输高速数据，能有效对抗多径效应，消除ISI，对抗频率选择性衰落，信道利用率高。
OFDM是一种高效的数据传输方式，其基本思想是在频域内将给定信道分成许多正交子信道，在每个子信道上使用一个子载波进行调制，并且各子载波并行传输。这样，尽管总的信道是非平坦的，具有频率选择性，但是每个子信道上进行的是窄带传输，信号带宽小于信道的相应带宽，因此就可以大大消除信号波形间的干扰。OFDM相对于一般的多载波传输的不同之处是他允许子载波频谱部分重叠，只要满足子载波间相互正交，则可以从混叠的子载波上分离出数据信号。由于OFDM允许子载波频谱混叠，其频谱效率大大提高，因而是一种高效的调制方式。
OFDM技术的基本原理是将高速串行数据变换成多路相对低速的并行数据并对不同的载波进行调制。这种并行传输体制大大扩展了符号的脉冲宽度，提高了抗多径衰落的性能。传统的频分复用方法中各个子载波的频谱是互不重叠的，需要使用大量的发送滤波器和接受滤波器，这样就大大增加了系统的复杂度和成本。同时，为了减小各个子载波间的相互串扰，各子载波间必须保持足够的频率间隔，这样会降低系统的频率利用率。而现代OFDM系统采用数字信号处理技术，各子载波的产生和接收都由数字信号处理算法完成，极大地简化了系统的结构。同时为了提高频谱利用率，使各子载波上的频谱相互重叠（如下图所示），但这些频谱在整个符号周期内满足正交性，从而保证接收端能够不失真地复原信号。
正交频分复用信号的频谱示意图
当传输信道中出现多径传播时，接收子载波间的正交性就会被破坏，使得每个子载波上的前后传输符号间以及各个子载波间发生相互干扰。为解决这个问题，在每个OFDM传输信号前面插入一个保护间隔，它是由OFDM信号进行周期扩展得到的。只要多径时延不超过保护间隔，子载波间的正交性就不会被破坏。
三、OFMD技术优点
近年来，OFDM技术已经备受关注，其原因在于OFDM技术有以下优点：
（一）OFDM技术的最大优点是对抗频率选择性衰落或窄带干扰，可以有效克服ISI，适用于多径环境和衰落信道中的高速数据传输。特别适合使用在高层建筑物、居民密集和地理上突出的地方以及将信号散播的地区。
（二）OFDM技术采用基于IFFT/FFT的算法集成于硬件模块，运行速度主要取决于硬件电路的运行速度，同时也简化了系统实现的复杂程度。
（三）OFDM技术能够持续不断地监控传输介质上通信特性的突然变化。该技术可以自动地检测到在传输介质下，哪一个特定的载波存在高的信号衰减或干扰脉冲，然后采取合适的调制措施来使指定频率下的载波进行成功通信。
（四）OFDM可以容易的与其他多种接入方法结合使用，构成OFDMA系统，其中包括多载波码分多址MC-CDMA、跳频OFDM以及OFDM-TDMA等等，使得多个用户可以同时利用OFDM技术进行信息的传输。
（五）OFDM技术的信道利用率很高。OFDM系统可以最大限度的利用频谱资源。当子载波个数很大时，系统的频谱利用率趋于2波特/Hz。
四、OFDM技术在其他领域的应用
（一）在电力线通信中的应用
电力线通信技术简称PLC（Power Line Communication）是指利用电力线传输数据和话音信号的一种通信方式。OFDM技术可以提高电力线网络的传输质量，即使在配电网受到严重干扰时，仍可提供带宽并且保证带宽传输效率。
（二）在数字电视和音频广播中的应用
OFDM在数字广播电视系统中取得了广泛的应用，其中数字音频广播（DAB）标准是一个正式使用OFDM的标准。另外，当前国际上全数字高清晰度电视传输系统中采用的调制技术就包括OFDM技术。它具有很高的频谱利用率，可以进一步提高抗干扰能力，满足电视系统的传输要求。选择OFDM作为数字音频广播和数字视频广播的主要原因在于：可以有效地解决多径时延扩展问题。
（三）在宽带无线接入中的应用
OFDM技术适用于无线环境下的高速传输，在宽带无线接入中得到应用。IEEE802.16工作组开发了一个2GHz～11GHzBWA的标准——IEEE802.16a，物理层就采用了OFDM技术。
五、结语
4G通信并不是从3G通信的基础上经过简单的升级而演变过来的，它的核心建设技术根本就是不同的，4G移动通信系统技术以正交多任务分频技术（OFDM）最受瞩目，利用这种技术可以实现例如无线区域环路、数字音讯广播等方面的无线通信增殖服务；但第四代移动通信系统不会仅仅只采用OFDM一种技术，因此以OFDM为核心技术的第四代移动通信系统，也会存在CDMA的延伸技术。