宽带无线通信OFDM技术_wlan ofdm

一.OFDM技术简介

OFDM系统的优缺点

优点：

1. 把高速率数据流通过串并变换，使得每个子载波上的数据符号持续长度相对增加，从而有效得减少由于无线信道得时间弥散所带来得ISI（符号间干扰），减小接收机内均衡得复杂度，有时甚至可以不采用均衡器，而仅仅通过采用插入循环前缀的方法消除ISI的不利影响。
2. OFDM系统由于各个子载波之间存在正交性，允许子信道的频谱相互重叠，可以最大限度得利用频谱资源。
3. 各个子信道得正交调制和解调可以通过采用离散傅里叶反变换（IDFT）和离散傅里叶变换（DFT）的方法来实现。在子载波数很大的系统中，可以采用快速傅里叶变换（FFT）来实现。
4. 无线数据业务一般存在非对称性，OFDM系统可以通过使用不同数量的子信道来是实现上行和下行链路中不同的传输速率。
5. OFDM易于和其他多种接入方法结合使用，构成OFDMA系统，使得多个用户可以同时利用OFDM技术进行信息的传输。

缺点：

1. 易受频率偏差的影响。传输过程中出现的无线信号频谱偏移或发射机与接收机本地振荡器之间存在频谱偏差，都会使OFDM系统子载波之间的正交性遭到破坏，导致子信道间干扰（ICI）
2. 存在较高的峰值平均功率比。多载波系统的输出是多个子信道信号的叠加。如果多个信号的相位一致，所得到的叠加信号的瞬时功率就会远高于信号的平均功率，导致较大的峰均比（PAPR）。对发射机内放大器的线性度提出了很高的要求。

二.OFDM系统的关键技术

1. 时域和频域同步。 下行链路中，基站向各个移动终端广播发送同步信号。上行链路中，来自不同移动终端的信号必须同步到达基站，才能保证子载波间的正交性。基站根据各移动终端发来的子载波携带信息进行时域和频域的同步信号的提取，再由基站发回到移动终端，以便移动终端的同步。
2. 信道估计。信道估计器主要两个问题：一是导频信息的选择。需不断对信道进行跟踪，因此导频信息必须不断得发送；二是复杂度较低和导频跟踪能力良好的信道估计器（性能与导频信息的传输方式有关）的设计。
3. 信道编码和交织。对于衰落信道中的随机错误，可以采用信道编码；突发错误可以采用交织技术。OFDM中如果信道衰落不是太严重，均衡时无法再利用信道的分集特性来改善系统性能。因为OFDM系统自身具有利用信道分集特性的能力。
4. 降低峰值平均功率比。基于信号畸变技术，信号扰码技术和基于信号空间扩展等降低OFDM系统PAPR的方法。
5. 均衡。均衡的实质是补偿多径信道引起的码间干扰。在高度散射的信道中，信道记忆长度很长，循环前缀（CP）长度必须很长，才能使ISI尽量不出现。

二.OFDM技术基础 

 

 OFDM是一种特殊的多载波传输方案，它可以被看作是一种调制技术，也可以看做是一种复用技术。多载波传输把数据流分解成若干子比特流，这样每个子数据流将具有低得多的比特速率，用这样低比特率形成的低速率多状态符号再去调制相应的子载波，就构成了多个低速率符号并行发送的传输系统。OFDM能很好对抗频率选择性衰落和窄带干扰。（单载波系统中一次衰落或者干扰会导致整个链路失效，但是在多载波系统中，某一时刻只会有少部分的子信道受到深衰落的影响）

OFDM的基本原理

 

发送端：数字信号>>子载波幅度和相位的映射>>(IDFT)将数据的频谱表达式变到时域

接收端：RF（射频信号）与基带信号进行混频处理>>（FFT）分解频域信号，子载波的幅度和相位被采集出来转换为数字信号。

串并变换

数据传输典型模式：串行数据流，符号被连续传输，每个数据符号的频谱占据整个可利用带宽。

OFDM系统中调制模式可以自适应调节，每个子载波可传输的比特数可以调节，串并变换需要分配给每个子载波数据段的长度是不一样的。

频率选择性衰落会导致某几组子载波受到相当大的衰减，从而引起比特错误。会造成邻近子载波上发射的信息遭到破坏 ，导致在每个符号中出现一连串的比特错误。大多数前向纠错编码（FEC）在错误均匀分布的情况下更有效。大多数系统采用数据加扰作为串并转换工作的一部分。通过把连续的数据比特随机得分配到各个子载波上来实现。在接收机端，进行一个对应得逆过程解出信号。

子载波调制

一个OFDM符号之内包含多个经过相移键控（PSK）或者正交幅度调制（QAM）的子载波。

 

 加窗技术

为了让带宽之外的功率谱密度下降得更快 

OFDM符号形成过程：

Nc个经过数字调制得符号后面补零，构成N个输入样值序列，然后进行IFFT运算。 然后，IFFT输出得最后一几个样值被插入到OFDM符号最前面，IFFT输出的最前面几个样值被插入到OFDM符号的最后面。最后OFDM符号与升余弦窗函数时域相乘，使得系统带宽之外的功率可以快速下降

快速傅里叶变换

RF调制

OFDM调制器的输出产生了一个基带信号，将此基带信号与所需传输的频率进行混频操作。

 OFDM基本参数的选择

需要确认的三个参数:带宽,比特率,保护间隔 

1. 有用符号持续时间(如果为移动着的接收机,载波间隔则必须足够大才能使得多普勒频域被忽略)
2. 子载波数N=1/T.为有用符号持续时间的倒数.数值与FFT处理后的复数点数相对应.
3. 采样速率=每符号的采样速率/OFDM符号周期长度=子载波数*子载波间隔

OFDM的帧结构 

 

导频是OFDM符号中一个重要组成部分,它插在OFDM符号中间,用来作相关检测,载波频偏估计以及信道估计 

OFDM的编码过程

1.  产生PLCP序列
2. 根据发端的速率位,长度位和业务位,再添加适当的比特得到PLCP头,经过卷积编码,映射成一个单独的BPSK编码的OFDM符号.由signal得到一个OFDM符号要经历同样的过程:卷积编码>>交织>>BPSK调制>>插入导频>>傅里叶变换>>加保护间隔
3. 根据发端的rate,计算每个OFDM符号所包含的数据比特数
4. 发端服务区后跟着的是PSDU.通过添加适当的0,至少6个,使比特流的长度是每个OFDM符号所包含的数据比特数的整数倍.调整后的比特流形成包中Data部分
5. 用非零初始值产生的伪随机序列形成的扰码与调整后的信息比特做与的逻辑运算
6. 用6个未成扰码的0比特替换翻译后的6个0经过扰码后形成的比特(能使收端的卷积解码器回到零状态,而它们解码后只作为尾比特)
7. 对数据进行卷积编码,根据速率匹配进行打孔
8. 编码输出的数据以N(每个OFDM符号中经过编码的比特数)为长度单位分为若干组,对每一组进行交织处理.
9. 编码,交织完成后输出的数据流以N(每个OFDM符号中经过编码的比特数)为长度单位分为若干组,再选择合适的调制方法进行调制
10. 调制后的复数信号分为若干组,每个组形成一个OFDM符号.一组中的符号映射到不同的子载波上,且插入导频.
11. IFFT,频域>>时域,对逆傅里叶变换的波形加循环前缀形成GI,并采用时间截短的方式对每一个周期性的OFDM符号的波形范围进行加窗处理
12. 以rate和length信息的signal开始的OFDM符号流一个接着一个的进入信道进行传输
13. 根据理想信道的中心频率,上行转换复数基带波形到RF频率上

通常,乘性干扰可以采用均衡技术纠正,加性干扰则需要采用其他的方法解决.信道角度来看,差错纠错技术分为:检错重发,前向纠错和反馈校验3种.OFDM中采用的就是前向纠错中的卷积编码,且只对DATA部分进行编码

 Viterbi译码

概率解码,ML思想,把接收的序列与所有可能发送的序列进行比较,选距离最小的序列作为发送序列,硬判决,距离采用汉明距离.发送端经过卷积编码和打孔后,传输速率提高,提高倍数与打孔速率有关.

交织

 主要目的是为了防止在传输过程中,发生用户信息比特丢失的情况时,不至于丢失某个用户的所有信息,而只是会丢失若干个用户的部分信息,根据剩下的信息比特仍可以恢复原始信号,也就是将丢失的比特分散,从而达到降低误比特率的目的.OFDM中采用的是矩阵交织器

HiperLAN/2系统

协议结构 

协议栈由两大部分组成:控制部分和用户部分.用户部分主要负责通过已建立的连接信道进行通信,而控制部分主要负责对连接建立,释放和监督等进行控制和管理.协议结构可以分为三个基本层:物理层,数据链路控制层和聚合层.

• 物理层 

收发端使用FFT信号处理方式实现OFDM,物理层可以提供多种传输方式,以一定长度的突发脉冲串(Burst)格式传输数据单元,每个Burst分成前导码(Preamble)和数据(Data)两个部分,数据内容主要源于数据链路层的额每条传输信道.

• 数据链路层(DLC) 

DLC由AP(无线接口与访问点)和MT(移动终端)之间的逻辑链路组成.DLC包括媒体访问和传输(用户部分)功能,以及用于终端/用户的连接处理功能.因此,DLC包括一下几个部分组成:媒体访问控制(MAC)协议,差错控制(EC)以及各种信令和控制协议等.

MAC协议主要用于无线链路的媒体访问.无线接口是基于时分双工和动态时分多路访问的,如媒体的时隙结构允许下行链路和上行链路的时隙根据传输资源的需求动态分配.无线接口中的基本MAC结构具有2ns的固定时长,它包括用于广播控制,帧控制,访问控制,下行链路,上行链路,数据传输和随机访问等的传输信道.来自AP和MT的所有数据都分配专用的时隙进行发射.广播控制的时长是固定的,其他部分的时长根据当前的通信情况动态变化.MAC帧和传输信道构成了 DLC和物理层之间的接口.

 

 广播信道(BCH)包含控制信息,这些控制信息通过每个MAC帧进行发送并且到达所有的MT.BCH提供有关传输功率级别,帧控制信道(FCH)和随机访问信道(RCH)的起始点,长度及唤醒指示器等信息.FCH详细描述在当前的MAC帧中资源分配情况.访问反馈信道(ACH)传输先前对RCH的访问请求的有关信息.MT还使用RCH,为到来的MAC帧的上行传输或下行传输请求传输资源,并传输某些RLC信令信息.当MT发出的要求更多传输资源的请求增加时,AP将分配更多的资源给RCH.

差错控制(EC)协议选择性重复ARQ是一种用于增加无线链路可靠性的差错控制机制,EC主要是指比特错误的检测以及当错误发送时的U-PDU的重发.EC机制还可以确保U-PDU按顺序传输到聚合层中.差错控制的方法是对每个连接中的每个被发射的U-PDU分配一个序列号.在链路控制信道中带有ARQ ACK/NACK信息,发生错误的U-PDU可以被多次重发.

信令协议和控制。无线链路控制（RLC）协议为信令实体连接控制功能（ACF）、无线资源控制（RRC）功能和DLC用户连接控制（DCC）功能提供传输服务。这四者组成了在AP和MT之间交换信令消息的DLC控制部分

• 汇聚层（CL）

两个功能。一是将来自高层的服务请求适配乘由DLC 提供的服务；二是将具有可变或固定长度的高层数据分组转换乘可以在DLC中使用的固定长度的数据分组。

三.OFDM信号检测技术 

OFDM系统中二进制数据比特以PSK或者QAM等调制方式调制到相应的子载波上。为了在接收端进行数据恢复，需要知道调制值的参考相位和幅值。在实际系统中，由于载波频率偏移、定时偏差以及信道的频率选择性衰落等影响，信号会受到破环，导致相位和幅度变化等。

为了准确恢复信号，接收端存在两种信号检测方法

1. 差分检测（不需要知道信号的参考值，只需利用相邻两个信号的相位和幅度的差值，可以在频域和时域分别进行。时域：比较当前OFDM符号子载波与前一个OFDM符号中对应的子载波间幅度和相位的差值来实现。频域：在一个OFDM符号内通过比较两个相邻子载波的幅度和相位的差值来实现）
2. 相干检测 （利用信号的参考值来检测信号，相干检测所需的信道估计算法是重点）

信号检测中另外一个重要工作是同步问题。OFDM系统中，在接收机对子载波解调之前必须进行两项同步工作。

1. 找出符号边界的位置和最佳的时间间隔，使信道间干扰和符号间干扰达到最小
2. 估计和纠正接收信号的载波频率偏移，因为任何的偏移都会引入信道间干扰和符号间干扰。尽管OFDM系统相对于单载波系统来说相位噪声和频率偏差更为敏感，但是事实证明，利用循环前缀和加入特殊的OFDM训练符号等方法，可以获得较好的时间同步和频率同步。

差分解调 

差分解调的核心思想：比较相邻子载波的相位和幅度的差值，不需要信道估计，接收机的复杂度降低，但是性能下降，会导致3dB的信噪比损失。下图为OFDM系统差分检测框图。

 

 差分检测分为

1. 时域差分
2. 频域差分

为了在接收端进行差分检测，需要在发送端进行差分编码

相干解调

 相干解调的核心思想：通过信道估计得到OFDM符号子载波的绝对参考相位和幅度。下图为OFDM系统相干检测框图。

 接收端经过FFT后，输出结果包含N个QAM（PSK）调制值。由于信道畸变，本地载波偏移以及定时偏差等的影响会导致这些值产生相位和幅度偏差。所以信道估计的任务就是得到所有子载波的参考相位和幅值。信道估计有以下方法

1. 基于二维（时域和频域）的信道估计
2. 基于两个一维的信道估计（指先在频域内处理所有含导频的符号，然后在时域内处理所有子载波）
3. 应用特殊的训练序列来实现，针对突发分组业务如无线局域网的业务等

进行相干解调时，一个关键问题是导频的选择，包括导频的结构和数量等。

影响导频模式的重要参数包括移动台的最大移动速率（决定信道相干时间），最大时延（决定信道相关带宽） 。导频间隔过大，不能跟踪信道的时频变化，导频比例过高系统的效率会有影响。导频的设计需要符合奈奎斯特抽样定理。对于OFDM系统而言，导频之间存在所需最小子载波间隔和符号间隔。信道所在的时域和频域的相关带宽和相干时间决定了时域和频域内导频间的最小间隔。

时域内的相关时间约等于最大多普勒频移的倒数（导频的时间间隔小于相关时间）

频域内的相关带宽约等于最大多径时延的倒数（导频的频域间隔小于相关带宽）

实际系统中，为了保证信道估计的性能，过采样技术。建议采用两倍的采样定理。

信道估计

信道描述了信道从发端到收端所经历的一切媒介。包括从发射机到接收机之间信号传播所经历的物理媒介，如电缆信道、光缆信道、无线信道等。信号在物理媒介中传播，会引起信号相频失真、符号间干扰等现象。信道估计可以定义为描述物理信道对输入信号的影响而进行定性研究的过程。如果信道是线性的话，那么信道估计就是对系统冲激响应 进行估计。需要强调的是信道估计就是信道对输入信号影响的一种数学表示。

通过信道估计算法，接收机可以得到信道的冲激响应。在现代无线通信系统中，信道的信息已经得到了充分的利用。

• 自适应的信道均衡器利用信道估计来对抗ISI的影响。
• 分集技术利用信道估计，实现域接收信号最佳匹配的接收机。
• 最大似然检测通过信道估计使得接收端错误概率最小化。
• 此外，使得相关解调成为可能。因为相关解调要知道信号的相位信息，与非相干解调相比，可以提高系统的整体性能，而信道估计使之成为可能。

总的来说信道估计有两种算法

• 基于训练序列的估计算法（利用接收机已知信息）
  • 好处：应用广泛，几乎适用于所有的无线通信系统
  • 缺点：降低信道传输的有效性，浪费了带宽；接收端需要将整帧的信号接收后才能提取出训练序列进行信道估计，带来了不可避免的时延，对帧结构提出了限制要求
  • 分为两种
    • 基于慢衰信道下的信道估计（块状导频）
    • 基于快衰信道下的信道估计（梳状导频）
    • 补充：快衰：OFDM信号在一帧内发生显著变化；慢衰：OFDM信号在一帧内保持准静止
• 盲估计算法（不需要训练序列，需要利用传输数据的内在数学信息）

同步技术

单载波系统中，载波频率的偏移只会对接收信号造成一定的幅度衰减和相位旋转，这可以通过均衡等方法加以克服。

多载波系统中，载波频率的偏移会导致子载波之间产生干扰。OFDM系统中存在多个正交子载波，其输出信号是多个子信道信号的叠加，由于子信道相互覆盖，这就对它们之间的正交性提出了严格要求。无线信道的时变性的一种具体体现就是多普勒频移（与载波频率和移动台的移动速度都成这正比）多普勒展宽会导致频率发生弥散（时间性衰落），引起信号发生畸变。

1. 时间同步（每一个在时间t的信号样本都包含未知的相位因子。为了不破坏子载波之间的正交性，在接收端进行FFT变换之前，必须对这个未知的相位因子进行估计与补偿。发送端和接收端之间的采样时钟的偏差导致每个信号样本都会有一定程度的偏离它正确的采样时间，随样本数量的增加线性增加）
2. 频率同步 

• 定时恢复概述
  • OFDM块同步（确认OFDM有用数据信息的开始时刻）
    • 单载波系统：找到眼图张开最大时刻为最佳抽样时刻
  • 采样时钟同步（接收机和发射机的采样时钟频率保持一致）
    • 采样时钟频率偏差将导致ICI，还影响同步
  • 定时的偏差会引起子载波相位的旋转，而且相位旋转角度与子载波的频率有关，频率越高，旋转角度越大。可以用傅里叶变换的性质来解释：在时域的偏移对应于频域的相位旋转。如果定时的偏移量与最大时延扩展的长度之和仍小于循环前缀的长度，此时子载波之间的正交性仍然成立，没有ISI和ICI，对解调出来的数据信息符号的影响只是一个相位的旋转。
  • 定时恢复先做粗同步再做细同步
• 频偏估计概述
  • 频率偏移是由收发设备的本地载频之间的偏差和多普勒频移等引起的
    • 整数倍频偏（不会引起ICI，抽样点在顶点，但解调错误概率为50%）
    • 小数倍频偏（引起ICI）
  • 频偏估计先细同步（小数倍频偏，时域上完成）再粗同步（整数倍，频域上完成）

1. 最大似然频率偏移估计算法（连续发送两个相同的OFDM符号来推到最大似然子载波间隔的小数倍偏移估计）
2. 基于导频符号和循环前缀的最大似然定时估计（同时利用导频符号和循环前缀来进行定时估计）
3. 利用循环前缀实现符号定界的同步
4. 利用特殊的训练符号进行同步

802.11a规定了两个信号头用来做帧同步、频率偏差估计以及信道估计。

四.OFDM中的峰均比

OFDM系统最主要的缺点是具有较大的峰值平均功率比（PAPR），它直接影响整个系统的运行成本效率。峰均比是多载波调制中一个普遍存在的问题。在某个时刻，若多个载波以同一个方向进行累加时，会产生极大的峰值，从而要求功率放大器具有很大的线性区域。否则当信号峰值进入放大器的非线性区域时，就会产生信号畸变，从而产生子载波间的互调干扰和带外辐射，破坏子载波间的正交性。 在移动通信中，移动终端的能量很有限。为了减小移动终端能量的消耗，必须提高功率放大器的效率，因此，需要尽量降低信号的峰均比。

峰均比定义及分布

峰值的定义方法：采用概率的方法，一个信号s(t)在概率$P_{e}$处的截断峰值为$S_{p}$，只要有：

$P_{r}[|s(t)<s_{p}]=P_{c}$

S(t)的峰值由概率密度函数PDF来描述。对于一个遍历随机过程，概率密度函数在整个时域内时相同的，一般情况下，概率密度函数在整个域内通常不一样的。如果对 S(t)的某个操作改变了S(t)的概率密度函数，则其峰均比也将随之改变。

 

  

解决峰均比问题的方法

限幅类技术

采用非线性操作，直接在OFDM信号幅度峰值或附近采用非线性操作来降低信号PAPR值。

缺点：引起畸变

技术：限幅滤波、峰值加窗和峰值抵消

•  限幅滤波：非线性过程，将导致严重的带内干扰和带外噪声，从而降低整个系统的误比特率性能和频谱效率。信号幅度一旦超过设定的门限时就将被过滤掉。虽然滤波会导致峰值再生，但比限幅之前的峰值要小得多，可以通过多次限幅来进一步降低信号的峰值。 由于限幅噪声是在发送端产生的，在衰落信道中将随信号一起衰减，这将减轻它对系统误码率的影响。

• 峰值加窗技术：看作是OFDM信号与矩形函数相乘的过程，当OFDM信号幅度小于给定门限时，该矩形函数值为1，而当信号幅度超过给定门限需要限幅时，该矩形函数值小于1.限幅后OFDM信号的频谱为限幅前OFDM信号的频谱与窗函数频谱的卷积。其带外频谱的特性主要由两个频谱中频带较大的决定，也就是由矩形窗函数的频谱决定。其频谱具有很慢的滚降系数，且该滚降系数与频率成反比
• 峰值抵消：峰值抵消技术的基本思想是从信号中减去一个时延的一定幅度的参考函数，使得每个被减的参考函数至少降低信号的一个峰值样点。可以直接对OFDM时域符号进行处理。它包含一个功率峰值检测器和一个比较器，当检测道信号的功率超过设定的门限时，就减小峰值以及峰值周围信号样点的幅度。

 进来的数据先进行编码并进行IFFT操作转换为OFDM时域信号。串并变换构造OFDM频域数据块，每个数据块包含N个复数信号样点。对于每个数据块再进行IFFT操作转换成OFDM时域信号。在进行并串变换后，就进行峰值抵消模块。也可以在IFFT后加循环前缀之前直接进行峰值抵消过程

编码类技术

编码类技术利用编码将原来的信息码字映射道一个具有比较好的PAPR特性的传输码集上，从而避开了一些会出现信号峰值的码字。线性过程。会降低信息速率。只需要有限的信息冗余就可以达到该目的。以降低信息传输速率为代价来获得信号PAPR值的改善。纠错能力主要取决于编码长度，这是由于编码长度越长，冗余信息越多，则其汉明距离也越大，纠错能力也就越强。有的信噪比下，未编码系统的误比特率性能好于编码后的系统性能。这是由于该系统为块编码系统，当误码在码的纠错能力内时，系统的性能就非常好，超出时，误比特性能就会更差，反而不如未编码的系统，这是前向纠错码（FEC）中普遍的现象。

概率类技术 

降低峰值出现的概率。线性变化 ，不会对信号产生畸变。

五、OFDM多址接入技术 

在无线通信系统中，无论是前向链路还是反向链路都需要使用一种技术来区分不同的用户，即多址技术。多址方式允许多个移动用户同时共享有限的频谱资源。频分多址（FDMA ），时分多址（TDMA）和码分多址（CDMA）是无线通信系统中共享有效带宽的三种接入方式 

OFDM和多址技术的结合能允许多个用户同时共享有限的无线频谱，从而获得较高的系统容量。OFDM本身也可以作为一种多址技术，又称正交频分多址接入技术（OFDMA）

CDMA可以提供比FDMA和TDMA更高的系统容量。OFDM与CDMA结合形成的多载波CDMA方案，不仅可以满足多用户共享频率资源，而且可以同时减少码间干扰，提高系统容量。 

复用用于在同一个位置产生的多个信号，多址涉及到的信号则是来自于许多不同位置的地理位置

复用将一个地面站上的信号合并在一起，多址再使它与来自其他地面站的信号一同共享一个卫星转发器 

OFDM的多址接入方式 

多用户通信系统 

 多址接入方式

跳频OFDMA（FH-OFDMA）方案

OFDMA中，可以通过为每个用户提供部分可用子载波的方法来实现多用户接入

优点：

• 可以不受小区内干扰的影响，可以获得更大的系统容量
• 可以灵活适应带宽的要求
• 支持高速数据的传输

与FDMA的区别：不需要像传统FDMA那样采用保护频段去区分不同的用户

跳频技术：在每个时隙中，可以根据跳频图样来选择每个用户所使用的子载波频率，允许每个用户使用不同的调频图样进行跳频。

 包括七个用户，结合使用了OFDMA和TDMA，例中，每个用户使用3个时隙，每个时隙包括一个或多个OFDM符号

OFDM-FDMA基本原理

将传输带宽划分为正交的子载波集，通过将不同的子载波集分配给不同的用户。子载波分配不是固定的，可以采用自适应方式。

OFDM-FDMA方案：将总资源（时间、带宽）在频率上进行分割，从而实现多用户接入 

 OFDM-TDMA基本原理

在一段时间内将全部带宽资源（所有子载波）分配给一个特定的用户。每个TDMA帧的OFDM符号数目可以根据每个用户的需求进行变化。

考虑无线信道对不同子载波的影响，对不同子载波衰减所做出的响应包含滤除高度失真的子载波这类操作。通常，有关子载波分配的某种信令必须在基站端产生，在移动接收端进行处理。如果较弱的子载波被滤除或者使用了自适应调制/编码技术，就需要传送额外的信息即信令。

 多载波CDMA

窄带信号通过与扩频信号相乘而扩展为宽带信号后并进行发射。

扩频信号：可以是伪随机序列，码片速率比原数据速率高若干个数量级

优点:能让很多的用户共享相同的频谱资源，而不会产生明显的干扰，因此多用户情况下可以提高频谱效率

通过扩频技术不但可以将某一特定扩频信号从其他信号中恢复出来，还能有效的对抗窄带干扰

目前提出的以OFDM和CDMA为基础的多载波CDMA的方案，可以分为两大类

• 对串并变换后的数据流进行扩频，在每路载波上进行类似DS-CDMA的操作，时域上数据扩频。
• 用给定的扩频序列对原始数据流进行扩频，用扩频序列中对应的每个码片将数据调制到不同的子载波上，频域上进行扩展。 

直接序列扩频码分多址（DS-CDMA）

用伪随机序列调制数据符号，只要选取的码片周期小于传播路径中的最小相对时延，则每条路径信号就可以通过RAKE接收机分离识别 ，再利用伪随机序列的相关性。按适当的算法将多径信号合并以恢复原始信号，这样能有效对抗频率选择性衰落，获得时间分集的效果。

多载波CDMA方案 

（1）时域扩频

 

 在接收机端，经过FFT变换后，通过信道估计得到信道信息并对接收到的信号进行均衡，每路输出采用一个相关接收机。由于每路数据只分配到单个子信道中发送。所以如果不采用前向纠错编码（FEC）就不能获得频率分集增益。

 （2）频域扩频

基本过程：每个信息符号由一个特定的扩频码片进行扩频>>将扩频以后的每个符号调制到一个子载波上>>若扩频码长度为N，那么对应的这N个子载波传输的是相同的信息数据。

可以把MC-CDMA看作一种OFDM技术，只是在形成OFDM信号前，先将用户的信息和扩频码矩阵相乘。这样在下行链路中，用IFFT和扩频序列矩阵模块就能方便其实现其发射。

 

检测合并技术

• 恢复正交性合并（ORC）

 在接收机端纠正信道的相位和幅度衰落，恢复不同扩频序列之间的正交性。

• 等增益合并（EGC）

 将每路载波上的信号进行相位纠正后再叠加，加权的时候每路子载波上的权重相等。

• 最大比合并（MRC）

 使信号再输入判决器前具有最大的信噪比，以获得最佳的性能。其原理就是幅度衰减小的子信道对应的加权系数大，相反，幅度衰减大的子信道对应的加权系数小。

• 最小均方差合并（MMSEC）

 最小均方差合并可以有效的控制噪声和用户之间的干扰。它使用的准则是使合并模块期望输出值和实际输出值之间的均方误差最小化

多用户检测技术 

能有效消除多址干扰。

• 最大似然检测技术（MLD）  

最佳的多用户检测技术不会简单抛弃多用户干扰信号，而是充分利用这些干扰信号来估计出有用信号。如最大似然检测技术（MLD） 

基本思想：计算接收到的序列与所有可能传输序列之间的欧式距离，从而选择最可能的传输序列。

• 迭代检测算法 （ID）

迭代算法每次检测出当前所有激活用户的信息，然后从总的信息中减去不需要的其他用户的成分，再进行下一个迭代检测。这种算法也可以算是一种干扰相消的算法。 

串行干扰消除：如果每次检测出一个用户的信息，再从接收信号中减去这个用户的估计值，逐次消去一个用户信息知道获得有用用户的信息。

并行干扰消除： 在一次检测计算中获得所有干扰信号，然后减去干扰信号而得到有用信号

第一次迭代检测后性能的改善最大，因此一般只采用两级迭代检测（系统负荷较轻时/低信噪比时，迭代检测算法对其他活动用户发送信息的估计误差较大，可能产生更多的负面影响）

 扩频序列

扩频因子可以等于扩频序列的长度 。

扩频序列分配策略 ：出发点在于网络在大多数的情况下通常不会满负荷运行，而会预留出一分部未使用的扩频序列。可以在所有的扩频序列组中，根据网络状况，从中挑选出一组扩频序列。当前的用户使用这组扩频序列时，多址干扰能达到最小。

复数形式扩频码的应用：可以将信号分为相互正交的两部分同时进行传输，可以降低多径衰落带来的负面影响，减少来自其他用户的干扰。

高速高容量的宽带无线接入技术