详解Flash-OFDM技术

由于OFDM系统具有良好的特性，因此将成为B3G蜂窝移动通信网络的无线接入技术，其中以Flash-OFDM技术最受瞩目。Flash-OFDM技术从物理层到网络层都具有很多优势。Flash-OFDM利用快速跳频技术对信号扩频，具有频率分配能力，减小了同一区域内用户间的相互干扰；其空中接口采用分组转发，支持全IP通信；其MAC层不但增强了空中接口的性能，而且支持全IP网络接口。Flash-OFDM技术已经成为3G的强有力对手受到广泛关注，同样，Flash-OFDM技术的联合发送、联合检测、动态分组分配等许多方面还需要进一步的深入研究。

Flash-OFDM是由Flarion公司自行研发出来的无线宽带技术，因为拥有低延迟的特点，所以能够应用在实时数据传输上。相对VOFDM、WOFDM，Flash-OFDM的特点是能在移动环境下工作，是一种移动宽带接入Internet解决方案。

Flash-OFDM采用FDD双工方式。上下行链路是数百个子信道组成的宽带载波(扩频的OFDM)，传输数据时给每个用户分配子信道。每个子信道采用自适应调制和先进的编码技术，可以提高频谱利用率。Flash-OFDM的频带宽度为1.25MHz，使用频率间隔为12.5kHz的副载波，最大转输速度为3.2Mbit/s，平均数据传输速度达1.5Mbit/s。

Flash-OFDM在时间上以跳频方式使用OFDM的副载波，通过高速切换副载波，使得相邻节点可以使用相同频率的副载波，进而可提高频率利用率。Flash-OFDM利用快速跳频技术把信号扩频，具有频率分集能力，减小了同一小区内的用户间干扰，它同时具有OFDM和跳频扩频技术的优点。除了跳频外，为解决小区间干扰，采用了功率控制，用户只发射它能有效通信的功率。此外Flash-OFDM的空中接口采用分组业务，支持全IP通信。

系统结构

Flash-OFDM使用与传统IP网络相同的分层结构，并把该方式应用到无线媒质中。在Flash-OFDM网络中，物理层(在Flash-OFDM中被称为"管道")定义了在通信媒质中发送数据的物理方式；MAC层控制该"管道"的接入，并使多用户共享该"管道"；LLC层负责检测和纠正数据传输的错误；网络层负责在无线网络中的路由选择，同时也负责数据包在调制解调器之间的传输。Flash-OFDM将物理层和数据链路层(包括MAC层和LLC层)垂直融合为一体，而网络层和其它层是水平分层，为全IP网络。Flash-OFDM能够利用现有的IP基础设施和协议，像其他的宽带IP网络一样能够满足用户对于高带宽和Qos需求。

Flash-OFDM的物理层

Flash-OFDM比OFDM更强大，能够把可利用的频谱划分为许多带宽相等的频带，并通过在这些频带上快速跳频构成扩频蜂窝技术。扩频蜂窝技术可以将数据打包，并在一个很宽的频带范围内传输，然后拆开数据包得到数据。这样Flash-OFDM既可以支持多用户的数据传输，并保证更好的安全性。

Flash-OFDM中的快速调频使得它能够具有CDMA系统的优点，包括频率多样性(可以防止信号严重衰落)和蜂窝间相互干扰的均化，在相邻蜂窝间的用户之间不会产生相互干扰。由于每个载波和其他的载波均相互正交，Flash-OFDM也具备TDMA系统的优点，即便多个用户在同一个蜂窝内也不会相互干扰。

Flash-OFDM物理层的空中接口具有更大的容量和更强的频谱效应，是所有蜂窝技术中最快的"管道"。此外，由于其频率资源分配特性，Flash-OFDM物理层能够实现不需要任何开销的单个比特的传输。这一CDMA和TDMA网络不具备的特性极大地降低了网络全面覆盖的复杂度，节约了网络部署成本，缩短了传输时延，并且支持了一个灵活的数据链路层。

Flash-OFDM的数据链路层

Flash-OFDM与其他技术的最大不同在于数据链路层，这些不同包括较低的传输时延、高QoS的无竞争接入、快速自动重复请求(ARQ)以及对资源(带宽)的最大化利用和全用户容量管理等。

(1)媒体接入控制子层

Flash-OFDM的MAC层不但增强了空中接口的性能，而且支持全IP网络接口。它的功能包括把IP包分割/重组成数百个比特的OFDM块；采用ARQ大大降低话音的时延；提供丰富的IPQoS应用接口等。Flash-OFDM的MAC层支持OFDM，并能维持多种比特率专用控制信道的能力，可以携带很少的数据开销，能支撑大量活动用户的业务流量。它允许所有的移动用户共享下行链路的带宽资源，而且这两个方向都实现了无冲突接入，让分组数据流可以自由通过控制信道。通过在每个蜂窝区域设置各个用户的专用控制信道，基站就可以知道各个用户的优先级，这样MAC层就可以基于QoS管理用户。同时Flash-OFDM的全IP架构可以区分每个用户的业务和业务的优先级(分组数据流就是很明显的按级别分类)。Flash-OFDM的无竞争接入也缩短了传输总时延，然而，其他的无线接入技术却不具备此特性，所以，用户不得不竞争接入上行链路，使得在高速数据入口产生业务拥塞。

Flash-OFDM MAC层一个重要的特点就是能够快速地将用户设置为"开"或"保持"状态，通过分配用户需要的实时"管道"，更有效地利用带宽、缩短时延和提高QoS。处于"开"状态的用户是那些正在发送或接收信息的用户，例如正在下载文件的用户；处于"保持"状态的用户是已经与网络连接但没有发送或接收信息的用户。

(2)无线链路控制子层

LLC层位于MAC层之上，并利用MAC层发送和传输数据，主要负责保证网络的可靠性。数据的传输不同于话音的传输，数据传输比话音传输需要更好的可靠性。话音传输有时能允许误比特率超过1%的情况出现，但是数据的传输对可靠性要求极高，不允许任何错误，一旦分组丢失，即表示整个传输过程失败。Flash-OFDM利用快速ARQ来保证数据链路层的高可靠性。快速ARQ用于检查数据传输的错误，如果发现错误，即命令快速重传，整个过程所需时间小于10ms。Flash-OFDM的ARQ时延比3G低得多，使终端用户可以随心所欲地在无线宽带链路上运行应用程序。

LLC层具有高可靠性和低时延特性的特点，它对支持交互式应用程序非常有利。相比其他技术，Flash-OFDM具有快速ARQ，数据传输速率比较稳定，因而数据流就同样不会受到明显地干扰。由于Flash-OFDM技术能够快速复用且支持多用户，因此节省了用户的业务费用。

Flash-OFDM的网络层

网络层提供MAC层和骨干网的接口，它的功能包括IP会话管理；管理多种工作模式，如Flash-OFDM/802.11，Flash-OFDM/Bluetooth双模；可实现基站、移动台和用户的授权、认证。另外还提供与AAA系统的接口、路由管理、数据加密等。

从全IP的观点看，Flash-OFDM代表了理想的空中链路，支持移动性和基于QoS的业务。物理层和MAC层为移动宽带数据特殊设计，紧密相连的物理层和MAC层使基站控制信道的分配，以一定的优先级传送不同业务，如基于IP的话音、视频会议等。空中链路使用户数据率和频谱利用率提高。它是基于IP的分布式网络，支持实时的交互式业务和端到端的IP连接，能满足业务提供者和运营商的需要，易于部署和网络演进。

Flash-OFDM网络的核心----无线路由器是一个集成了无线基站和IP接入路由器功能的设备，能够提供全面的移动性和覆盖广域网络的能力。图2显示了Flash-OFDM的组网情况及无线路由器在整个网络中的位置。无线路由器连接到所有的移动网络设备，并和IP网络相联，它集成了所有的网络接入功能，可以无限地扩展IP网络边缘。

跳频技术应用

根据扩展频谱的方式不同，扩频通信系统可分为：直接序列扩频(DS)、跳频(FH)、跳时(TH)、线性调频以及以上几种方法的组合。

跳频系统具有以下优点：能大大提高通信系统抗干扰、抗衰落的能力；能多址工作而尽量不互相干扰；不存在直接扩频通信系统的远近效应问题，即可以减少近端强信号干扰远端弱信号的问题；跳频系统的抗干扰性严格说是"躲避"式的，外部干扰的频率改变跟不上跳频系统的频率改变。例如：在GSM数字蜂窝系统中，跳频技术可以提高抗衰落、抗干扰能力。跳频技术对于静态或慢速移动的移动台具有很好的抗衰落效果，而对于快速移动的移动台由于同一信道的两个连接的突发脉冲序列其位置差已足以使它们与瑞利变化不相关，因此跳频增益很小，这就是跳频所具有的频率分集。由于跳频时频率在不停的变化，频率的干扰是瞬时的，因此跳频具有干扰分集。

跳频增益的大小在很大程度上取决于跳频数量的多少，跳频数量越多其跳频增益越大，而跳频数量越少，相应的跳频增益就越少。但是，模拟仿真结果也同时表明，当跳频数量达到一定程度后，由于跳频数的增加引起的跳频增益的增加是有限的。

由于跳频技术具有的种种优点，特别是引入跳频后能减少干扰，提高网络质量；通过跳频等相关无线链路控制技术的应用，可以极大地提高频率复用度，从而达到提高容量的目的；同时，由于使用了跳频技术，也大大降低了频率规划的工作量。跳频技术在实际中的应用日益广泛，如GSM网络、无线局域网、蓝牙等都越来越多的应用了跳频技术。