第四代行動通訊系統的核心技術是什麼

第四代行動通訊系統的核心技術是「OFDM」。 OFDM是指正交頻分複用技術，透過頻分複用實現高速串列資料的平行傳輸，它具有較好的抗多徑衰落的能力，能夠支援多用戶存取。 OFDM技術的特點是網路結構高度可擴展，具有良好的抗雜訊性能和抗多通道幹擾能力，可提供比目前無線資料技術更高品質（速率高、時延小）的服務和更好的效能價格比，能為4G無線網路提供更好的方案。

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第四代行動通訊系統簡稱「4G」。在第三代行動通訊系統基礎上，資料傳輸速度更快、品質更高的行動通訊系統。

4G行動通訊系統的網路體系結構可以由下而上分為：實體網路層、中間環境層、應用環境層等3層。

實體網路層提供存取與選路功能：中間環境層作為橋接層提供QoS映射、位址轉換、安全管理等。實體網路層與中間環境層及其應用環境層之間的介面是開放的，這樣可以帶來以下優點：

• ①使發展和提供新的服務更容易；

• ②可以提供無縫高資料速率的無線服務；

• ③可以運作於多個頻帶；

• ④使服務能自適應多個無線標準及多模終端，跨越多個運營商和服務商，提供更大範圍服務。

第四代行動通訊系統主要以正交頻分複用（OFDM）為技術核心。

OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)即正交頻分複用技術，實際上OFDM是MCM(Multi Carrier Modulation)，多載波調製的一種。透過頻分復用實現高速串列資料的平行傳輸, 它具有較好的抗多路徑衰落的能力，能夠支援多用戶存取。

OFDM技術由MCM（Multi-Carrier Modulation，多載波調變）發展而來。 OFDM技術是多載波傳輸方案的實現方式之一，它的調變和解調是分別基於IFFT和FFT來實現的，是實現複雜度最低、應用最廣的一種多載波傳輸方案。

OFDM技術的特點是網路結構高度可擴展，具有良好的抗雜訊性能和抗多通道幹擾能力，可以提供比目前無線資料技術更高品質（速率高、時延小）的服務和更好的性能價格比，能為4G無線網提供更好的方案。

例如無線區域迴路（WLL）、數位音訊廣播（DAB）等，都將採用OFDM技術。 4G行動通訊對加速成長的廣帶無線連接的要求提供技術上的回應，對跨越公眾的和專用的、室內和室外的多種無線系統和網路保證提供無縫的服務。

透過對最適合的可用網路提供使用者所需求的最佳服務，能應付基於因特網通訊所期望的成長，增添新的頻段，使頻譜資源大擴展，提供不同類型的通訊接口，運用路由技術為主的網路架構，以傅利葉變換來發展硬體架構實現第四代網路架構。行動通訊將向資料化，高速化、寬頻化、頻段更高化方向發展，行動數據、行動IP將成為未來行動網路的主流業務。

OFDM技術的優缺點

#優勢

OFDM存在許多技術優點見如下，在3G、4G中被運用，作為通訊方面其有很多優勢：

(1) 在窄帶頻寬下也能夠發出大量的資料。 OFDM技術能同時分開至少1000個數位訊號，而且在幹擾的訊號周圍可以安全運作的能力將直接威脅到CDMA技術的進一步發展壯大的態勢；

(2) OFDM技術能夠持續不斷地監控傳輸媒體上通訊特性的突然變化，由於通訊路徑傳送資料的能力會隨時間變化，所以OFDM能動態地與之相適應，並且接通和切斷相應的載波以保證持續地進行成功的通訊；

(3) 此技術可以自動地偵測到傳輸介質下哪一個特定的載波存在高的訊號衰減或乾擾脈衝，然後採取合適的調變措施來使指定頻率下的載波進行成功通訊；

(4) OFDM技術特別適合使用在高層建築物、居民密集和地理上突出的地方以及將訊號散播的地區。高速的數據傳播及數位語音廣播都希望降低多路徑效應對訊號的影響。

(5) OFDM技術的最大優點是對抗頻率選擇性衰退或窄頻幹擾。在單載波系統中，單一衰退或乾擾能夠導致整個通訊鏈路失敗，但是在多載波系統中，僅僅有很小一部分載波會受到干擾。對這些子頻道也可以採用糾錯碼來進行糾錯。

(6) 可以有效對抗訊號波形間的干擾，適用於多路徑環境和衰退通道中的高速資料傳輸。當通道中因為多路徑傳輸而出現頻率選擇性衰落時，只有落在頻帶凹陷處的子載波以及其攜帶的信息受影響，其他的子載波未受損，因此系統總的誤碼率性能要好得多。

(7) 透過各個子載波的聯合編碼，具有很強的抗衰落能力。 OFDM技術本身已經利用了通道的頻率分集，如果衰落不是特別嚴重，就沒有必要再加時域均衡器。透過將各個頻道聯合編碼，則可以使系統效能得到提升。

(8) OFDM技術抗窄頻幹擾性很強，因為這些幹擾只是影響到很小一部分的子頻道。

(9) 可以選用基於IFFT/FFT的OFDM實作方法；

(10) 通道利用率很高，這點在頻譜資源有限的無線環境中尤其重要；當子載波個數很大時，系統的頻譜利用率趨於2Baud/Hz。 （baud 即 波特；1 Baud = log2M (bit/s) ，其中M是訊號的編碼級數）。

不足

雖然OFDM有上述優點，但同樣其訊號調變機制也使得OFDM訊號在傳輸過程中存在一些劣勢：

(1)對相位雜訊和載波頻偏十分敏感

這是OFDM技術一個致命的缺點，整個OFDM系統對各個子載波之間的正交性要求格外嚴格，任何一點小的載波頻偏都會破壞子載波之間的正交性，造成ISI。同樣，相位雜訊也會導致碼元星座點的旋轉、擴散，形成ISI。而單載波系統就沒有這個問題，相位雜訊和載波頻偏只是降低了接收到的訊號雜訊比SNR，而不會造成互相間的干擾。

(2)峰值均比過大

OFDM訊號由多個子載波訊號組成，這些子載波訊號由不同的調變符號獨立調變。同傳統的恆包絡的調製方法相比，OFDM調製存在一個很高的峰值因子。因為OFDM訊號是很多小訊號的總和，這些小訊號的相位是由要傳送的資料序列決定的。對於某些數據，這些小訊號可能同相，而在幅度上疊加在一起從而產生很大的瞬時峰值幅度。而峰值均比過大，將會增加A/D和D/A的複雜性，而且會降低射頻功率放大器的效率。同時，在發射端，放大器的最大輸出功率就限制了訊號的峰值，這會在OFDM頻段內和相鄰頻段之間產生幹擾。

(3)所需線性範圍寬

由於OFDM系統峰值平均功率比(PAPR)大，對非線性放大更為敏感，故OFDM調變系統比單載波系統對放大器的線性範圍要求更高。

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