正交频分多址联接及箕 关 键技幕 j：争≮ ≯ 一 霎 扩 弱 李警
韩芳明
(西安电子科技大学 710071)
摘 要 正交频分多址(OFDMA)是一种基于正交频分复用(OFDM)原理的多址技术。具
有很高的带宽利用率，同时汇集了OFDM、跳频及时分多址(TDMA)技术的诸多优点，在
无需使用均衡器的情况下，可有效地克服码间干扰。与传统的直扩 CDMA(DS-CDMA)或
多址 CDMA(MC-CDMA)相 比，OFDMA提供的容量更大。 ．
关键词 正交频分多址 码间干扰 多栽波 正交频分复用
Abstract Orthogonal frequency division multiplex access(OFDMA)is a multiple access
technology based on 0FDM， which has a hi吐 bandwidth availability． At the same
time， OFDMA integrates their advantages of OFDM ， frequency-hopping and TDMA．
W ithout using equalizers． it Can combat ISI effectively． OFDM A Can provide more
capacity than conventional DS-CDMA or M℃一CDMA．
Keywords OFDMA ISI Multi．carrier OFDM
随着无线宽带多媒体通信系统(WBMCS)的发
展以及不同用户和业务的需求，未来的 WBMCS应
能提供 2～155Mb／S的数据传输速率。众所周知，
数据速率不仅受噪声干扰的限制，而且更多的是受
信道时间弥散 (或多径传播)所造成的码间干扰
(ISI)的影响。有些无线通信系统的信号时延扩展高
达 20p~s以上，极大地影响了系统的误码率性能。许
多措施已用来克服这种由于恶劣传播环境所造成的
ISI的影响，基于反卷积原理的通道均衡技术和可有
效抑制抗多径衰落的多载波调制(MCM)技术就是
其中的两项措施。均衡技术要求对信道的冲击响应
作出正确估计，实现起来比较复杂。与均衡技术不
同，MCM 不是单从接收端直接去克服多径干扰的
影响，而是采用一组并行的子载波(子信道)，传输待
传送的数据序列。因为系统的总吞吐量是各子通道
数据吞吐量之和，所以各子通道的数据传输速率可
以很低，而码元周期则相应高得多，这样就不必使用
均衡器。本文简要介绍基于MCM 的正交频分复用
(OFDM)技术，着重分析基于OFDM 的正交频分多
址技术(OFDMA)。
1．1 OFDM 基本原理
OFDM 的基本原理如图 1所示 ，原信号序列通
过串并变换后被分割为N个并行的子信号，每个子
信号再分别调制N个相互正交的子载波。假设原信
号的码元周期为Tl，经上述处理后子载波上的码元
周期为NT。，即扩大了N倍，相应地码元调制速率也
由 1／T。降为 1／NT,，这样可大幅度降低多径时延
的影响。当调制信号通过陆地无线信道到达接收端
时，信道的多径效应造成码间串扰，子载波间不再保
持良好的正交状态，因此发送前需要在码元间插入
保护时间。如果保护时间间隔 8大于最大时延扩展
△m，则所有时延小于 8的多径信号将不会延伸到下
一 个码元期间，这样可有效地消除码间串扰，从而克
服信道频率选择性衰落的影响。当采用单载波时，为
了减少ISI的影响，需要采用多级均衡器，但会产生
收敛和复杂性高等问题。
基于以上分析可知，与传统的单载波系统相比，
OFI)M传输系统具有以下特点：
(1)各子载波的中心频率间隔为 Af=1／T(相
互正交)，带宽B=2／T，它们的频谱相互交叠，以致
OFDM具有很高的频带利用率；
(2)OFDM 可以有效地克服多径效应 ，对于给
定的时延扩展，用快速傅利叶变换(FFT)实现的复
杂性明显低于采用均衡实现的单载波系统；
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维普资讯
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韩芳明
(西安电子科技大学 710071 )
摘 要 正支频分多址(OFDMA)是一种基于正支频分复用 (OFDM)原理的多址技术，具
有很高的带宽利用卒，同时汇集了 OFDM、跳频及时分多址(TDMA)技术的诸多优点，在
无常使用均衡器的情况下，可有效地克服码间干扰。与传统的直扩 CDMA(DS-CDMA)或
多址 CDMA(MC-CDMA)相比，OFDMA 提供的容量更大。
关键词正支频分多址码间干扰 多载波正支频分复用
Abs仕act or也ogonal 企equency division multiplex access(OFDMA)is a multiple access
technology based on OFDM , which has a high bandwid也 availability. At the same
time , OFDMA integrates 也eir advantages of OFDM，企equency-hopping 扭dTD岛fA.
Without using equalizers, it can combat ISI effectively. OFDMA can provide more
capacity 也an conventional DS-CDMA or MC-CDMA.
Keywords OFDMA ISI Multi-carrier OFDM
随着无线宽带多媒体通信系统(WBMCS)的发
展以及不同用户和业务的需求，未来的 WBMCS 应
能提供 2 - 155Mb 1 s 的数据传输速率。众所周知，
数据速率不仅受噪声干扰的限制，而且更多的是受
信道时间弥散(或多径传播)所造成的码间干扰
(ISI)的影响。有些无线通信系统的信号时延扩展高
达 20阿以上，极大地影响了系统的误码率性能。许
多措施已用来克服这种由于恶劣传播环境所造成的
ISI 的影响，基于反卷积原理的通道均衡技术和可有
效抑制抗多径衰落的多载波调制 (MCM)技术就是
其中的两项措施。均衡技术要求对信道的冲击响应
作出正确估计，实现起来比较复杂。与均衡技术不
同，MCM 不是单从接收端直接去克服多径干扰的
影响，而是采用一组并行的子载披(子信道) ，传输待
传送的数据序列。因为系统的总吞吐量是各子通道
数据吞吐量之和，所以各子通道的数据传输速率可
以很低，而码元周期则相应高得多，这样就不必使用
均衡器。本文简要介绍基于 MCM 的正交频分复用
(OFDM)技术，着重分析基于 OFDM 的正交频分多
址技术(OFDMA) 。
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OFDM 基本原理
OFDM 的基本原理如图 l 所示，原信号序列通
过串并变换后被分割为 N 个并行的子信号，每个子
信号再分别调制 N个相互正交的子载波。假设原信
号的码元周期为飞，经上述处理后子载披上的码元
周期为 NT" 即扩大了 N倍，相应地码元调制速率也
由lI T，降为 1/NT" 这样可大幅度降低多径时延
的影响。当调制信号通过陆地无线信道到达接收端
时，信道的多径效应造成码间串扰，子载波间不再保
持良好的正交状态，因此发送前需要在码元间插入
保护时间。如果保护时间间隔 8 大于最大时延扩展
A田，则所有时延小于 8 的多径信号将不会延伸到下
一个码元期间，这样可有效地消除码间串扰，从而克
服信道频率选择性衰落的影响。当采用单载波时，为
了减少 ISI 的影响，需要采用多级均衡器，但会产生
收敛和复杂性高等问题。
基于以上分析可知，与传统的单载波系统相比，
OFDM 传输系统具有以下特点:
(1)各子载波的中心频率间隔为 Âf= 11 T(相
互正交) ，带宽 B=2/T ，它们的频谱相互交叠，以致
OFDM 具有很高的频带利用率;
(2)OFDM 可以有效地克服多径效应，对于给
定的时延扩展，用快速傅利叶变换(FFf)实现的复
杂性明显低于采用均衡实现的单载波系统;
因
T电1-ML盟!
_
(3)根据各子载波的信噪比，可灵活调整数据
率，这样在慢时变信道条件下，OFDM 可进一步提
高容量；
(4)OFDM能有效地抗窄带干扰，因为单频干
扰只影响一小部分子信道，通过前向纠错码可恢复。
1．2 OFDMA的系统方案
经上述对 OFDM原理分析可知，OFDM 不仅是
一 种调制技术，还可以看作是一种复用技术。OFDM
的诱人之处在于：以相对较低的实现复杂度有效地
克服频率选择性衰落和窄带干扰。正交频分多址技
术就是在OFDM 的基础上，通过频率域应用扩频码
而构成的一种颇具吸引力的多址方式。
在 OFDMA中，多址是通过给每个用户分配一
定数量的子载波来实现的，这一点与传统的FDMA
相似，但在分离各个用户(信道)方面，FDMA是通
过带通滤波器实现。在 OFDMA中，由于各子载波
相互正交，所以可采用 FFT技术来处理 ，这样就不
需要在FDMA的频道间设置保护间隔。在 OFDMA
中结合了OFDM、TDMA与跳频CDMA(FH．CDMA)
技术，具体地说，OFDMA在时间上分为一系列时
隙，在频域上分为一系列正交子载波，每个用户分配
的子载波由各自的跳频图案来决定。该跳频图案在
小区内相互正交，即同一小区内的不同用户使用不
同的子信道，这样可避免小区内的冲突。对于小区间
的干扰则 可通过前 向纠错码来校 正 。图 2是
OFDMA子系统方案的一个例子，图中假定有 4个
用户，每一帧有 4个时隙，整个频带分为 8个子信
道，每个用户在固定的时隙中传输数据，至于使用哪
个子信道，则取决于各 自的跳频图案。
1．3 OFDMA系统描述
表 1列出OFDMA系统的主要参数和关键技
术指标。从表中可以看出，OFDMA系统的整个频带
分为 100kHz带宽的一个个带隙，每个带隙有 24个
子载波。根据业务种类、传播环境及信道条件，并使
用动态通道分配(DCA)算法，可灵活地将不同时隙
和带隙分配给不同用户，从而实现可变速率的数据
传输。其中最小速率就是在一个时隙中(288．461~s)
用一个带隙(1OOkHz)来传送数据。图3示意性地画
出数据传输的时频表示。这里，OFDMA的时隙选为
288．461~s，带隙选为 100kHz，以便与GSM兼容。
频
窒
图 1 OFDM 的收 ／发框 图
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2
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图 2 OFDMA信道分配的例子
2．1 时间频率同步
由于 OFDM各子载波的调制是通过
FFT来实现 ，为避免落入保护间隔内，
FFT的时间窗必须对准信号部分，所以时
间必须同步。此外，由于OFDM 中各子载
波相互重叠，为了保证它们之间的正交
性，频率也必须同步。时间和频率同步都
分为初始捕获和精确跟踪两个 阶段 。
OFDMA 系统 分 配 有 初 始 捕 获 通道
(IACH)、广播通道(BCCH)和随机接入通
道(RACH)，用于实现时间和频率同步。
2．2 功率控制
上行链路的功率控制可消除基站端
接收信号强度不稳定，降低总体平均功
率和小区内干扰，并可提高传输性能，从
而提高系统容量。与 DS-CDMA一样 ，
OFDMA的功率控制也分为开环和闭环
两种 。
2．3 随机跳频
跳频是抗突发干扰和频率分集的有
效手段。在 OFDMA中，同一小区内各用
(下转第 34页)
维普资讯
的子载波由各自的跳频图案来决定。该跳频图案在
小区内相互正交，即同一小区内的不同用户使用不
同的子信道，这样可避免小区内的冲突。对于小区间
的干扰则可通过前向纠错码来校正。图 2 是
OFDMA 子系统方案的一个例子，图中假定有 4 个
用户，每一帧有 4 个时隙，整个频带分为 8 个子信
道，每个用户在固定的时隙中传输数据，至于使用哪
个子信道，则取决于各自的跳频图案。
OFDMA 系统描述
表 l 列出 OFDMA 系统的主要参数和关键技
术指标。从表中可以看出，OFDMA 系统的整个频带
分为 100kHz带宽的一个个带隙，每个带隙有 24 个
子载波。根据业务种类、传播环境及信道条件，并使
用动态通道分配(DCA)算法，可灵活地将不同时隙
和带隙分配给不同用户，从而实现可变速率的数据
传输。其中最小速率就是在一个时隙中 (μ)
用一个带隙( 100kHz)来传送数据。图 3 示意性地画
出数据传输的时频表示。这里，OFDMA 的时隙选为
肘，带隙选为 l00kl泣，以便与 GSM 兼容。
2 的关键技术 |
时间频率同步
由于 OFDM 各子载波的调制是通过
FFT 来实现，为避免落入保护间隔内，
FFT 的时间窗必须对准信号部分，所以时
间必须同步。此外，由于 OFDM 中各子载
波相互重叠，为了保证它们之间的正交
性，频率也必须同步。时间和频率同步都
分为初始捕获和精确眼踪两个阶段。
OFDMA 系统分配有初始捕获通道
(IACH)、广播通道(BCCH)和随机接入通
道(RACH) ，用于实现时间和频率同步。
功率控制
上行链路的功率控制可消除基站端
接收信号强度不稳定，降低总体平均功
率和小区内干扰，并可提高传输性能，从
而提高系统容量。与 DS-CDMA 一样，
OFDMA 的功率控制也分为开环和闭环
两种。
随机跳频
跳频是抗突发干扰和频率分集的有
效手段。在 OFDMA 中，同一小区内各用
(下转第 34 页)
(3 )根据各子载波的信噪比，可灵活调整数据
率，这样在慢时变信道条件下，OFDM 可进一步提
高容量;
(4)OFDM 能有效地抗窄带干扰，因为单频干
扰只影响一小部分子信道，通过前向纠错码可恢复。
OFDMA 的系统方案
经上述对 OFDM 原理分析可知，OFDM 不仅是
一种调制技术，还可以看作是一种复用技术。 OFDM
的诱人之处在于:以相对较低的实现复杂度有效地
克服频率选择性衰落和窄带干扰。正交频分多址技
术就是在 OFDM 的基础上，通过频率域应用扩频码
而构成的一种颇具吸引力的多址方式。
在 OFDMA 中，多址是通过给每个用户分配一
定数量的子载波来实现的，这一点与传统的 FDMA
相似，但在分离各个用户(信道)方面，FDMA 是通
过带通滤波器实现。在 OFDMA 中，由于各子载波
相互正交，所以可采用 FFT 技术来处理，这样就不
需要在 FDMA 的频道间设置保护间隔。在 OFDMA
中结合了 OFDM，TDMA 与跳频 CDMA(FH-CDMA)
技术，具体地说，OFDMA 在时间上分为一系列时
隙，在频域上分为一系列正交子载波，每个用户分配
OFDM 的收/发框图
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图 1
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图 2 OFDMA 信道分配的例子
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求与DLC层提供的服务适配；(2)将高层固定或可
变长度的分组整理成适合固定长度的业务数据单元
(SDU)，用于DLC，可采用填充、分割、重新组装，组
成固定长度的 SDU。固定长度 DLC业务数据单元
的填充、分割和重组非常重要，它使 DLC和 PHY层
脱离开主干网独立存在 ，不必关心 HiperLAN／2接
人何种网络，系统实现相对简单。CL的通用结构使
HiperLAN／2成为宽带无线接人网，可接人不同的
固定网络，如以太网、P 网、ATM 和UMTS等。
汇聚层有两种类型：(1)单元式汇聚层，其高层
的分组长度固定，如HiperLAN／2接入ATM 网络；
(2)分组式汇聚层，其高层的分组长度不固定，如
HiperLAN／2接人以太网。分组式汇聚层包括公共部
分和业务细节(sscs)两部分，可以适配不同网络。
(上接第 27页)
频
室
调
制
苴
— —
兀
HiperLAN／2提供了适用于小范围(150m)、高速
(54Mb／s)、灵活的高速无线接人系统。HiperLAN／2
可用于建立企业 网络和访 问第三代蜂窝网络 。
HiperLAN／2的高传输速率和 QoS特性能满足各
种 家 用设 备 视 频 传 输 及 数 据 通 信 的 要 求 。
HiperLAN／2有很多优势，有人称HiperLAN／2是
目前最先进的WLAN技术，认为它是最完善的无线
局域网标准，HiperLAN／2必将成为 IEEE 802．1l家
族强有力的竞争者，有望在未来的、ⅣLAN统一标准
中占主流地位。
杨争斌 空军工程大学电讯工程学院硕士研究生
十 一寸 ⋯
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图3 OFDM数据传输的时频表示
时间
表 1 OFDMA系统主要技术参数
子载波间隔 4．167kHz
符号时间(时隙宽度) 288．46p,s
每带隙(100kHz)子载波数 24
前保护时间 381xs
后保护时间 8p,s
基本调制单元 1时隙 1带隙
调制块 4时隙 1带隙
户的跳频图案是相互正交的，因而在同步的情况下
不存在小区内干扰。基站根据不同的业务和传输需
求，灵活分配跳频图案。
- 一．、a—
2．4 动态链路分配
动态链路分配是 OFDMA的一大特点。由于
OFDMA是通过给不同的用户分配不同的子载波来
实现多址联接，所以可根据各子载波的信号质量灵
活分配用户信道，避开严重受损的信道，提高信号传
输质量。
由上述分析可知，OFDMA与一般的多载波调
制方案(如 MC—CDMA)不同，在 MC—CDMA 中，所
有用户同时使用所有子载波，这就造成小区内的多
址干扰，并成为一般多载波调制方案或 CDMA方案
中容量受限的主要因素；而 OFDMA给不同用户分
配不同的子载波，因此在 OFDMA中，只要时间、频
率偏移保持在足够低的限度内，就可完全消除码间
干扰及子载波间干扰(ICI)。在 OFDMA中，使用跳
频技术可进一步克服多径干扰和窄带干扰，同时能
消除一般DS—CDMA固有的远近效应问题。由于不
受小 区内多址干扰的影响 ，OFDMA可 以达到 比
DS—CDMA或MC-CDMA更大的容量，同时它无须
采用均衡器，降低了系统实现的复杂性。借助于动态
信道分配算法，它能自适应调整分配给不同用户的
子载波数，实现可变速率的数据传输 ，从这一点看。
它比DS-CDMA和 MC—CDMA更有利于大数据率
的传输，从而可适应未来无线传输业务的需要。因
此。OFDMA是一种非常灵活的多址方案。
韩芳明 西安电子科技大学雷达信号处理国家重点
实验室博士研究生
维普资讯
I
HiperLAN/2 提供了适用于小范围(150m)、高速
(54Mb /s)、灵活的高速无线接人系统。 HiperLA1叫 12
可用于建立企业网络和访问第三代蜂窝网络。
HiperLAN / 2 的高传输速率和 QoS 特性能满足各
种家用设备视频传输及数据通信的要求。
HiperLAN / 2 有很多优势，有人称 HiperLAN 12 是
目前最先进的 WLAN 技术，认为它是最完善的无线
局域网标准，HiperLAN / 2 必将成为 IEEE 家
族强有力的竞争者，有望在未来的 WLAN 统一标准
中占主流地位。
求与 DLC 层提供的服务适配 (2)将高层固定或可
变长度的分组整理成适合固定长度的业务数据单元
(SDU) ，用于 DLC，可采用填充、分割、重新组装，组
成固定长度的 SDU。固定长度 DLC 业务数据单元
的填充、分割和重组非常重要，它使 DLC 和 PHY 层
脱离开主干网独立存在，不必关心 HiperLAN /2 接
入何种网络，系统实现相对简单。 CL 的通用结构使
HiperLAN / 2 成为宽带元线接入网，可接人不同的
固定网络，如以太网、E 网、ATM 和 UMTS 等。
汇聚层有两种类型: (1)单元式汇聚层，其高层
的分组长度固定，如 HiperLAN /2 接人 AτM 网络;
(2 )分组式汇聚层，其高层的分组长度不固定，如
HiperLAN /2 接入以太网。分组式汇聚层包括公共部
分和业务细节(SSCS)两部分，可以适配不同网络。 空军工程大学电讯工程学院硕士研究生杨争斌
动态链路分配
动态链路分配是 OFDMA 的一大特点。由于
OFDMA 是通过给不同的用户分配不同的子载波来
实现多址联接，所以可根据各子载波的信号质量灵
活分配用户信道，避开严重受损的信道，提高信号传
输质量。
由上述分析可知，OFDMA 与一般的多载波调
制方案(如 MC-CDMA)不同，在 MC-CDMA 中，所
有用户同时使用所有子载波，这就造成小区内的多
址干扰，并成为一般多载波调制方案或 CDMA 方案
中容量受限的主要因素;而 OFDMA 给不同用户分
配不同的子载波，因此在 OFDMA 中，只要时间、频
率偏移保持在足够低的限度内，就可完全消除码间
干扰及子载波间干扰(ICI)。在 OFDMA 中，使用跳
频技术可进一步克服多径干扰和窄带干扰，同时能
消除一般 DS-CDMA 固有的远近效应问题。由于不
受小区内多址干扰的影响，OFDMA 可以达到比
DS-CDMA或 MC-CDMA 更大的容量，同时它无须
采用均衡器，降低了系统实现的复杂性。借助于动态
信道分配算法，它能自适应调整分配给不同用户的
子载波数，实现可变速率的数据传输，从这一点看，
它比 DS-CDMA 和 MC-CDMA 更有利于大数据率
的传输，从而可适应未来无线传输业务的需要。因
此，OFDMA 是一种非常灵活的多址方案。
'帚~岛'帚，局审品，靡，局审庵，品，晶，品，品，晶，品，庵，串，品，局，晤，品"'"惊'品，品，膺，品，庵，睛，品，局审晨，庵，品，品，品，膺，品，品，品，品~.... 局审.......膺，品，庵'府
I 带隙= 100kHz
(包含24个子载波)
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←--俨--斗
(上接第 27 页)
h 调制单元
频率
时间
OFDM 数据传输的时频表示
OFDMA 系统主要技术参数
子载波间隔 4. 167kHz
符号时间(时隙宽度) 件S
每带隙(1∞1kHz)子载波数 24
前保护时间 38JLS
后保护时间 8件S
基本调制单元 1 时隙 1 带隙
调制块 4 时隙 1 带隙
图 3
表 1
西安电子科技大学雷达信号处理国家重点
实验室博士研究生
韩芳明
户的跳频图案是相互正交的，因而在同步的情况下
不存在小区内干扰。基站根据不同的业务和传输需
求，灵活分配跳频图案。
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