正交頻分多址接入(OFDMA)是OFDM(正交頻分復(fù)用)調(diào)制的一種形式,它針對多用戶通信進(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(碼分多真址接入)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。
兩點設(shè)想
OFDMA顯然與其它的調(diào)制方案既有不同點,又有相似之處。例如,它能被當(dāng)作一種替代方案,把OFDM與時分多址連接方式(TDMA)或時域統(tǒng)計多路復(fù)用技術(shù)的結(jié)合起來。不采用“脈控”高功率載波,低數(shù)據(jù)率用戶就能連續(xù)地以低發(fā)射功率進(jìn)行傳輸,并且這會產(chǎn)生恒定且更短的延遲時間。
另一方面,OFDMA也可以被看作是頻域和時域多路接入的結(jié)合。從這個角度看,頻譜被分割成時頻空間,并且時隙會沿著OFDM符號引導(dǎo)部分以及OFDM副載波引導(dǎo)部分進(jìn)行分配。
OFDMA 演進(jìn)
通過一個短故事來理解OFDMA和其它幾種技術(shù)之間的關(guān)系是最好的方法。IEEE 802.11 WLAN系列的標(biāo)準(zhǔn)是對室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)考慮的。當(dāng)模擬蜂窩技術(shù)表現(xiàn)出了它的市場潛力及它在技術(shù)上的不足時,工程師就開始設(shè)計能把Wi-Fi功能擴展到戶外網(wǎng)絡(luò)的專有的MAC和PHY系統(tǒng)。
事實上,寬帶接入中的大部分活動發(fā)生在ISO第1層(PHY層)和2層(媒體訪問控制或MAC 層)。
當(dāng)寬帶無線MAN(城域網(wǎng))的標(biāo)準(zhǔn)化工作開始后,它為研究其它調(diào)制方案打開了大門,并且OFDM和OFDMA的價值也變得顯而易見了。WiMAX論壇對這些方案的評估和向標(biāo)準(zhǔn)機構(gòu)提出的建議發(fā)揮了幫助作用。
這最終演進(jìn)成IEEE 802.16標(biāo)準(zhǔn)。IEEE 802.16-2004提供固定帶寬無線的標(biāo)準(zhǔn),而IEEE 802.16e則提供移動帶寬無線標(biāo)準(zhǔn)。這兩種標(biāo)準(zhǔn)都支持多個PHY模式,但其選項都不支持包括WCDMA或UMTS這種3G調(diào)制方案在內(nèi)的現(xiàn)有方案。
與 OFDM和OFDMA一起,可擴展的OFDMA方案也被包括在這一標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)中。
可擴展的802.16物理層(sOFDMA)憑借針對固話和便攜式/移動使用模式的固定副載波間隔,為范圍從1.25 MHz到20 MHz的信道帶寬提供了最佳的性能。
根據(jù)信道帶寬,利用可變的快速傅氏變換算法(FFT),這一架構(gòu)以可擴展的子通道化結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)。除了可變的FFT大小外,這一規(guī)范也支持像多輸入多輸出 (MIMO)天線分集這樣的功能。
針對大多數(shù)實際目的,因為它們是如此的相似,sOFDMA和OFDMA是可以是互換的。作為一種關(guān)鍵技術(shù),這兩種方案都支持子通道化。子通道化涉及把多個信道??成許多子信道—理論???成數(shù)千個子信道有關(guān)。子通道的特征是具有所有4種變化: OFDM; OFDMA;sOFDMA;Flash OFDMA。這是一個由 Flarion公司創(chuàng)建的變量,去年Flarion被高通兼并,這清楚地表明CDMA變量不會成為4G調(diào)制方案。
OFDMA 網(wǎng)絡(luò)的用戶在整個帶寬內(nèi)被分配了大量子信道。與基站接近的用戶,通過像6?QAM(正交幅度調(diào)制)這樣的高調(diào)制方案,分配了更多數(shù)量的信道,從而能提供最大的數(shù)據(jù)流量。隨著用戶向更遠(yuǎn)處移動,大量的子信道被動態(tài)地重新向下分配,但是被分派到每個信道的功率卻增加了。單元的容量仍保持相同的容量,并且盡管每個用戶都擁有魯棒的連接,但在邊緣地區(qū),仍存在較低流量的折中。
有更大的可擴展性
因為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。
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)可擴展性的更多信息可在IEEE 802.16 WirelessMAN中可擴展OFDMA物理層一節(jié)中獲得。
sOFDMA擴展版本包含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,因而就變成可擴展的。換句話說,正在通過手機漫游的用戶,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。
OFDMA的缺點
盡管 OFDMA在其實現(xiàn)過程中進(jìn)展良好,但也要謹(jǐn)記它也有一些缺陷,這些缺陷有如下幾方面:
1. 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。
2. 如果被分配到每個用戶的副載波很少,或者如果相同的載波被用于每個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。
3. 處理來自鄰近單元的同信道干擾時,OFDM要比CDMA更復(fù)雜。
結(jié)論
作為一種戶外無線網(wǎng)絡(luò)的調(diào)制方案,OFDMA只會變得更為普及。通過掌握它的理論、工作過程和實現(xiàn)方案,設(shè)計工程師將開發(fā)更有可能獲得市場成功的更為魯棒的產(chǎn)品。