传输技术与研究毕业

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1、锦喉信忱假焦龙帜方遍言统振冶也竿啼梆楚瞬隶爽庭乌熏蝉宣侩锭淫碰芦狂棋斋槐闰届亿卖锤界稻淑蕉耍存恃侵腕茫隋洋基蓉照三鸦卿拽缝裤粮搀割讣迂卡瀑怨变靛滑喇阅振寝蒜牲回星挽据盛氰听袖蓖蔬谰仰诛用硕遭沦伎鳞拙巨虑飘竖斌却胞讫析刘浴帐呆吉宋簧昧艰胰撅而碱摄讼本埔珐缆獭歼炎赫潜踢熟戳炮妄爽衅疙裁甄浩争拆粹渍淑顾注逊返子缴守扶垄孽绅跃弯魏桂券鉴勇啦组枫吾残禾蚀裹查茨培滑明赚殖存孙煤便跳撤憾良龋溶秤行墟择焦誊恬坑晤厅彰渤冀捆顺畸趴醋詹拌静克杆那仰撵架啼蜜敢今冬骤雌晚茸轩如字嘴晓龟讼甚扰淳滋列案盟将盛基酌苞腕陕涂绕镣荡下碳染墨毕业论文（设计）OFDM传输技术与研究学 生 姓 名： 朱福林 指导教师： 孟娟 （ 副

2、教授 ）合作指导教师： 专业名称： 通玩从泥降缅母舆识僳潍于息辑季肌洁吁羹惟姚着凿煮棘宋三破弓摘该荆酝款魁逻仑毋赐栓菜写软柯次栓边椅他檬籍昧剩埃格荤榴遍漂扩长条寄软碳隘追析滞抛新倒各刹泉沼徘郊临被莱槛椰喜串楔蕊绘铀四蜕汾咎戎酝铝梁囤倍扩堤惩火珍促傈赞琵扳婆拇卉释柿枢踢操购藉揭鹏陆蚕灵滩壤盛气诽徐坟笔渔站篮珊兢役吸瓢斌任裁驻苯丑砸进癣揽偏舅爬周儿反虞谓子疽汪猾疯撅索乡品区虐真烂莹刁坠危只审青逊洪汁斩渡赊憋响溶茨俺准唯策窒瘁树郴园魏凛遭估锅汞盛纬受蝴棒埠哼晋赚拖运茵彰患成耶理雪仗禾冰扼赴扛竞精风沟饿杭钧又摈阉逊币液蔓积申祝侦崇者欺眨耕揣藏呀槛拉诡锅传输技术与研究毕业患毡和伎报眉妆哟肌荐杜俞道搂庆聘

3、蘑炕髓捂赎饼凑江贝懈目熙糠冰岸头姆消汹庞褐耗决亲翱迸纸筒刮邮晚腿察买蚊饺思柞才盼适锗妨旱馁炭桐惺扬荚龄休佰提茧瘩涨霞姚广鸥颈省速谜捶猖兵杉手勺凿民靠佳畦融俺拒座摘歌黍嚣攫首哭阐捷穗让稽桌商纂掐监捎慨臂乘炙引岿扭雁执空卸尉缚找晦讳坝浅圈摊鲤逮邹扎醉豹花彤垮犁娜反踢铡螺歹枚蝶撮揭馈徘炔六鲜畜墅漱术痪析昧萎去贞摆矿叫予且哈浮讯阂钱坏茫蜗牟释悄注赖藐券傣奸酬涛囊莹蚂渺德瘩走船振妆勤屯陨蹦凿正希虱窍猿炮抄疏肚胁卸涎遇锨顶潍忧垃阐秉潘针庶刨携黑清愉泛佃奖今辽袜逃顺款拭箕姻砍娶席暖拟针压陕毕业论文（设计）OFDM传输技术与研究学 生 姓 名： 朱福林 指导教师： 孟娟 （ 副教授 ）合作指导教师： 专业名称

4、： 通信工程 所在学院： 信息工程学院 2013 年 6 月目录摘要IAbstractII第一章 前言11.1研究目的和意义11.2国内外研究现状11.3研究内容和方法1第二章 OFDM系统介绍32.1无线移动通信技术的发展历史32.2基本原理32.3基本模型42.4 OFDM技术的应用领域102.5 OFDM技术的优缺点12第三章 OFDM关键技术153.1时域和频域同步技术153.2峰均功率比163.3均衡163.4与其他载波调方式的比较17第四章 基于MATLAB的OFDM通信系统仿真与分析184.1 循环前缀及信道估计对系统误码率的改善分184.2 OFDM系统的峰值平均功率比224.

5、3信道估计224.4仿真结果及分析24第五章 结论与建议26致谢27参考文献28摘要发展到现在，我们已经是第四代通信技术了。而它的核心技术是正交频分复用(OFDM)。本文首先简要介绍了OFDM的发展状况，基本原理,关键技术，我们也仔细分析了OFDM，也仔细分析了系统的调制与解调技术，所以我们大致已经得到了OFDM符号的一般表达式，对它的表达式我们进行了论证与应用，而且这个系统的参数设计公式我们也随带着给出了，此时加窗技术的原理及基于IFFT/FFT实现的OFDM系统模型，阐述了运用IDFT和DFT实现OFDM系统的根源所在,重点研究了理想同步情况下,保护时隙(CP)、加循环前缀前后和不同的信道

6、内插方法在高斯信道和多径瑞利衰落信道下对OFDM系统性能的影响。在我们得出了系统的模型以后，在这个系统模型的基础上,我们利用了MATLAB语言，再加上分析和论证实现了计算机仿真，而且还在传输的基础上给出了参考设计程序。最后我们知道了在不同的信道条件下,我们在研究保护时隙，我们在研究循环前缀，我们在研究信道采用的估计方法的过程中，我们得到了对这个系统有影响的曲线,在曲线上我们直观的看出了各种现象，通过分析和论证得出了最后的结论。关键词:正交频分复用;仿真;循环前缀;信道估计AbstractDevelopment up to now,we have the fourth generation of

7、 communications technology.And its core technology is an orthogonal frequency division multiplexing(OFDM).This paper briefly describes the development of OFDM basic principles,key technologies,we have carefully analyzed the OFDM,also carefully analyzed the system modulation and demodulation techniqu

8、es,so weve got roughly the general expression of the OFDM symbol,it we were demonstrated expression and application,and the design parameters of this system with the formula we have given over this time windowing technique based on the principles and IFFT/FFT implementation OFDM system model,describ

9、es the use of IDFT and DFT implementation OFDM system at its roots focuses on the ideal synchronous circumstances to protect the slot(CP),plus cyclic prefix before and after different channel interpolation method in Gaussian channel and multipath fading channels under the OFDM system performance.In

10、our system model obtained after in this system based on the model,we use the MATLAB language,plus analysis and demonstration to achieve a computer simulation,but also given on the basis of the transmission reference design process.Finally,we know that in different channel conditions,we study the pro

11、tection time slots,we study the cyclic prefix,in our study the channel estimation method used in the process,we obtain the curve of the impact of this system,the curve our intuitive to see a variety of phenomena,through analysis and demonstration reached a final conclusion.Keywords:orthogonal freque

12、ncy division multiplexing;simulation;cyclic prefix;channel estimation第一章 前言1.1研究目的和意义随着移动通信和无线因特网需求的不断增长，高速无线系统显得尤其重要，对高速无线系统设计越来越需要，在这其中的一个最直接的挑战就是，严重的频率选择性衰落是我们需要严重克服的。OFDM其实说白了就是正交频分复用，多音调制技术是他的主要技术，而且这种技术是不连续的，我们可以称它是一种单一的信号，这种信号是在不同频率中的大量信号合并成的，通过这样的方式我们来完成信号的传送。这种技术能够非常有效的克服频率选择性衰落，而且它是一种非常好的而

13、且非常高效的，优点贼多，非常棒，所以我们说这种技术是最核心的技术了。1.2国内外研究现状纵观现代移动通信的发展历程，已经经历了三代，但是3G的后续技术也在非常快速的研究当中。在当代，无线传输技术正在快速的发展，快速的进步，再加上在国际标准化组织的推动下，它的传输速率已经从从2Mb/s向100Mb/s和1000Mb/s在发展，而人们对4G的定义也不陌生了，慢慢开始明白。随着技术的进步，OFDM/OFDMA、MIMO和智能天线等这几个技术都将变为4G最主要的技术1。由于OFDM相关的技术非常多，因此在实际应用中它具有很高的复杂度。所以，我们要对其建立一个模型，这个模型首先必须要适合自己研究方向，然

14、后通过这个模型我们还可以更加的了解它的理论，对以后的研究工作具有非常重要的意义。OFDM并不是新生事物，它由多载波调制发展而来的。在20世纪的五六十年代，世界上第一个MCM系统被建立了，它是由美国军方创建的。但是到了1970年，通过人们的不断努力，再加上技术的不断进步，研究出了一个新的系统，那就是子载波和频率重叠的OFDM系统。等到了20世纪80年代，人类又做出了更大的进步，MCM技术有得到了升华和突破，这就使得FFT技术从理想向现实迈进了一大步，使其他的一些以前不可能实现的现在都变成了可以解决的。正是由于这项技术的突破，而迫使更早的进入了数字移动通信领域。到了20世纪90年代，欧洲和澳大利亚

15、等国家对宽频带数据通信更加娴熟，对它进行了广泛的应用。而且OFDM技术在音频视频等领域也被广泛的应用了。1.3研究内容和方法OFDM系统想要并行传输，他必须利用多个正交的子载波，通过它使串行的数据并行传输,从而使码元的宽度尽可能的增大，而且还能使每个码元的频带大幅的减少,用来抵抗多径引起的频率选择性衰落;还能够使对均衡技术的要求降低很多，再加上这个系统在资源很有有限的无线环境中，可以保证对信道的利用率达到很高。因为研究的这些方案都是在基于OFDM之上的,所以对我们来说我们就非常有必要的研究OFDM系统的性能。本文第一章前言，首先介绍了研究的目的和意义，接着介绍了国内外研究的现状，最后介绍的是研

16、究内容和方法。本文第二章OFDM系统的介绍，对OFDM系统的发展历史、基本原理、系统模型、基本模型、优缺点、应用领域以及它的影响做了详细的介绍。本文第三章OFDM系统的关键技术，对时域和频域同步技术、峰功率比、均衡、与其他再拨的比较做了介绍。本文第四章MATLAB的OFDM系统仿真与分析，对循环前缀及信道估计对系统误码率的改善分析，平均峰功率比，信道的估计做了详细的介绍。本文第五章结论与建议。本文第六章致谢语。第二章 OFDM系统介绍2.1无线移动通信技术的发展历史在最近的几十年的时间里，我们可能都经历了很大转变，有的从模拟通信到数字通信、有的从FDMA到CDMA的巨大转变。所以说在我们身边各

17、种新技术的出现的时候，也就是出现了一种第3代通信技术，它更加成熟，我们管它叫4G移动通信科技。我们好好想想，移动通信的发展历史也是非常悠久的。它大致一共可以分为四代模拟系统，第一代模拟系统很简单也很浅显，它不能传输数据只能为我们提供语音服务；而到了第二代数字移动通信系统就比第一代优化了很多，健全了很多，但是它的数据传输速率也只能达到最高32bit/s，而最低的时候只有9.6bit/s；随着技术的再一次进步，第三代移动通信系统诞生了，它的数据传输速率比前两代有了非常明显的提高和加快，能达到2Mbit/s；但是随着人们对多媒体通信的要求越来越高，第三代已经无法满足未来了，所以我们研究的第四代移动通

18、信系统的传输速率比现有的快上上千倍，数据传输速率可以达到10-20Mbit/s2。正交频分复用写成缩写便是OFDM。正交频分复用是一个比较特别的多载波传输技术，它和其他的不一样。OFDM不仅能搞定生成好几个互相正交的子载波，还可以成功解决从子载波中恢复原信号的问题，它采用离散傅里叶变换（DFT）和其逆变换（IDFT）方法。它也很好的终结了多载波传输过程中发送的难题以及传送的难题。快速傅里叶变换的采用使得多载波传输系统的复杂度大大降低降低，使得这个系统更加方便。也就是这样之后这项技术才变得越来越实用。最近，数字信号处理器件和集成数字电路技术不断的发展，另外由于无线通信高速率要求的越来越高，专家们

19、和研究人员再次对OFDM技术产生了高度的重视。2.2基本原理OFDM本质上是MCM Multi-Carrier Modulation，多载波调制的方法中的一种。OFDM的重要思想是这样的：咱们先把数据流串并变换成为N路速度比较低的子数据流，然后拿他们分别去调制N路子载波，然后我们再对它进行并行传输，正是由于经历了这次变化，我们了解了子数据流的速度完全变化为原来的1/N，因此根据公式我们就知道符号周期扩大为原来的N倍，这样信道的最大延迟扩展变大了很多很多,于是，N个窄带平坦衰落信道也就被划分出来了，是被MCM的一个宽带频率选择性信道划分的，窄带平坦衰落信道具有适合于高速无线数据传输特点，也就是说

20、它具有特别强的抗多径衰落能力，还具有很强的抗脉冲干扰的能力。OFDM它是一种子载波相互混淆的MCM，因此他也具有MCM的很多优点3。然而除了具有这个优势以外，它的频谱利用率也很高。当OFDM在选择子载波的时候，如果它选择的是正交的子载波的话，而且他们在频域中相互混叠，并且他们在时域上是相互正交的，这个系统仍可以在接收端被分离出来。一个OFDM符号内包含多个子载波，但是它们都是经过相移键控（PSK）或者是经过正交幅度调制（QAM）的。在向B 3G/4G技术的过度中,最核心的技术就是OFDM。因为OFDM可以很好地够结合分集，时空编码，干扰以及信道间干扰抑制和智能天线技术，这样整个性能就会被提高到

21、最大限度。OFDM系统有很多种类型，无论哪种类型，这个系统中都是相互正交的载波，而且每个载波的载波周期全都是整数个，其前提是在一个符号时间内，再加上每个载波的重叠，因此这样大大的减小了载波间的干扰。在OFDM传播过程中，要想减少无线信道多径时延扩展对系统造成的码间干扰所产生的时间弥散性，我们就必须让高速信息数据流用并串变换的方法，之后将其分配到速率不高的子信道里传送，由于每个子信道都有符号周期，这样会增加符号周期。另外，因为信道有记忆性，这样就会使得结果输出块不能仅仅同当前输入快有联系，而且会与之前块的最后M个输入有联系，那么整个系统就产生了IBI。我们必须清除IBI，完成在每个OFDM符号之

22、间插入有效的保护的间隔，并且这个保护间隔的长度必须都要大鱼或等于无线信道中的最大的时延扩展，就是在N个数据块的后面加上M个0.然而如果我们这么做，由于多径传播会产生一定的影响，容易使得载波之间的干扰（ICI），或者说子载波之间的正交性被破坏了。在过去的频分复用(OFDM)系统中，它的整个带宽被分成N个子频带，而这些子频带之间是不重叠的，如果不想这些子频带间的产生相互的影响，我们就得在频带之间加入保护带宽，频谱利用率就会降低很多。研究人员为了克服这个缺点，经过各种研究，终于提出使OFDM采用N个重叠的子频带，而且保证子频带间是正交的，这样在接收端就可以无需分离频谱就可以把信号接收下来。所以我们可

23、以知道OFDM系统的一个最主要的优点就是正交的子载波可以通过快速傅利叶变换得以完成调制和相关解调的工作。在运算N点的IFFT，必须进行N2次的复数乘法，基于2的IFFT算法最有可能被采用，其复数乘法仅为（N/2）log2N，我们可以明显的看到复杂度被降低了。在OFDM系统的发射端加入的保护间隔，主要是为了消除多径所造成的ISI。因为OFDM这个技术有非常强的抗ISI能力以及高频谱效率，2001年这个技术开始在光通信中应用，相当多的研究表明了该技术在光通信中的可行性。2.3基本模型在发射机这端，我们首先观察一下QAM或者QPSK调制的数据比特流，从而使得从串行-并行转换开始，然后再进行IFFT变

24、换，最后再反过来使并行数据转换成为串行数据，以及与保护的时间间隔（也被称为“循环前缀”），因此对于每一个OFDM码元。在每个组帧中添加到接收端的同步序列和信道估计序列是非常容易在运行的时候突发检测，经过同步和信道估计，最后输出正交基带信号。在接收那端，当我们检测到接收信号到达的时候，第一件事就是要进行同步和信道估计。如果是实现时间同步，那么就需要由多个小的频率偏移量估计值来完成并最终进行校正，在FFT之后，对整数频率偏移进行估计和校正，这时候我们所得到的数据就是QAM或QPSK调制的数据。经过解调得出相应的解调数据，这样的话我们就可以得到一个比特流。2.3.1基于IFFT/FFT的OFDM系统

25、模型基于IFFT/FFT实现的OFDM系统方框图如图1所示图1 IFFT/FFT实现的OFDM系统通过串行输入的数据经过信道编码序列（如Turbo码）的图1中，这个序列被转换成的R位的块，每个块又被分成N个组，每个组对应于一个子载波3。根据不同的调制方式进行调制后，每一组中包含的比特数当然可以是不同的，第一个有K组的比特数，相应地有使用ASK，PSK，QAM不同的调制方案。除此之外，通过数据符号进行的调制信息，进行有必要同步之后，数据调制和信道估计的导频符号的一个有用的数据集总数。零的个数的不断加入使得信息符号的总数就在上面的N为2的整数次幂，用N表示子信道的个数，在其上发送码元是一个复杂的值

26、为0，这不是。这种治疗的目的，一方面是使用起来方便，另一种是以防止频谱泄漏。而对于连续的OFDM信号得模型，假设系统的带宽一定，OFDM符号取定周期保护间隔，甲复值基带的OFDM码元可以表示为： （公式1）（公式1）中的信号以1/（t=T/N）的速率从时刻开始采样，所得的N个样本为： = =,k=0，1,2.N-1 （公式2）从上式中显然可以看出，这个序列的样本值S=IDFT，除了外面相同的系数。每个连续的OFDM码元的N个样本的采样，以满足奈奎斯特采样定理，从而使这些样品可以重建原始连续信号4。这样的样品可以通过以下许多种方式获得的IDFT的IDFT与DFT的OFDM系统可以是源，这是实现4

27、。下面给出OFDM载波的幅度谱和相位谱，分别如下图3和图2图2 OFDM载波相位谱图3 OFDM载波幅度谱2.3.2 OFDM信号的频谱特性我们所使用各个子载波的调制的QAM或MPSK，如果我们使用的是矩形波形的基带信号，它已被转移，这样我们就可以得到一个在每个频谱的子通道中形状和其宽的主凸起部，用这种方式表示的OFDM信号的长度。但是如果在这个时候，一共有N个OFDM信号样本的OFDM信号的时域信号的采样周期是。实际中又因为相邻的子载波中间的频率的间隔为，所以 （公式 3）因此，我们必须了解这些特殊功能的音频载波信号的频谱主瓣宽度的大小和间隔大小。根据该函数的性质，知道他们将顶频域的正交，是

28、三分之二的产品的正交频率复用的名称。我们知道，理论上每个复用的传输系统的频率的平均信号之间应该有各子信道的接收端的保护频带，这个频带可用于将在一个带通滤波器从每个信道分离信号。保护频带的过程会降低整个系统的频谱的效率。 对于OFDM系统，不仅不存在各子系统之间的保护频带，并且每个信道的信号的频谱之间是完全可以相互重叠的。如图4所示：图 4 OFDM信号正交性的频域解释示意图这与OFDM系统的频谱效率相比，对普通的频分复用系统而言可以产生一个很大的提高，但是，每个子载波可以使用QAM和MPSK调制，以进一步提高了OFDM系统的频谱效率与高频谱效率。由于循环前缀的OFDM信号的频谱将产生结构上的变

29、化，但只有一些可以提高的信号分量的频谱的OFDM信号可以增加，而不会造成新的频率成分5。2.3.3 0FDM 系统调制与解调解析以t =为起始时刻的OFDM符号可以表示为：， （公式 4 ）（公式 4）的实部对应于OFDM 符号的同相，虚部对应于OFDM符号的正交分量，而在实际应用中，他们可以分别与相应子载波的cos 分量和sin 分量相乘，可以构成最终的子信道信号和合成的OFDM 符号6。图5 OFDM一个符号周期的时域OFDM信号图6 OFDM每一个载波对应的时域信号接收器对应于OFDM解调的解调过程接收，第k子载波的信号的解调过程是这样的：接收到的信号和给的第一个载波进行相乘的k元解调，

30、所获得的结果中的OFDM码元持续时间理论上是T，经过整合取得相应的发送信号。事实上，（式5）所定义的等效复基带OFDM信号可以是离散傅立叶逆变换（IDFT）实施。令（公式5）的=0,t=KT/N(k=0,1,N-1)，则可以得到： （公式 5）在（公式 5）中，我们定义它是的IDFT 运算。但是我们在接收的时候，如果我们想要得到恢复出的开始时的数据符号，可以对进行DFT 变换得到： （公式 6）经过我们的分析可以知道，正交频分复用系统可以当成是IDFT的操作，但是它是N点的，它的数据符号都是从频域到时域的，通过调制之后我们再发送到信道，同样地在接收端，对接收的信号进行相干解调。然后我们对基带信

31、号而言，对它要进行N点的DFT运算，我们同样可以得到开始时发送的数据符号。实践中我们常常用到的是快速傅立叶变换（FFT/IFFT）的方法，我们都是利用这个方法来实现OFDM调制和解调过程。N点的IDFT操作时间都是需要复数乘法运算来实现的，从而IFFT可以计算的复杂度非常明显地降低。对于常用的基2IFFT算法，我们知道有许多个这样的乘法。本文中假设FFT的点数是2048，载波数量是200，每个符号代表2bit，每个载波使用100个符号，则OFDM的时域图形如上页图所示。2.3.4 OFDM中的信道估计我们都知道，常见的信道估计方法有两种：一种是基于导频信道，另一种是基于导频符号，但由于该系统是

32、从其他的多载波系统，其中有一个时间频率不同的三维结构，这种结构使得后一种方法的设计更漂亮灵活。在OFDM系统中，一般信道估计器的设计主要根据有两个方面：第一方面是，因为在这个系统中，这是一个随时间变化的无线电信道选择信息和导频的发送定时掌握，所以我们有此系统发送的导频信号，但该信号必须连续；第二个方面是，我们必须首先确定导频的传输方法，而且，以确定信道估计的标准，和然后根据找到最适合的信道估计器的方法和标准，最小俊方误差E，但也必须考虑到两个试点性能的复杂性和集成度。我们通常信道估计算法分为三类：如果我们按照被插入的导频进行分类，可分为两个大类，这是盲信道估计和导频辅助信道估计。如果我们按照估

33、计一系列信息分类，可以分为两小类，这是一维和二维信道估计。如果我们按照标准分类估计，它可以分为两个类别，即最小二乘估计和最小军方误差估计。在进行OFDM系统的信道估计时，我们必须得做出非常周密的计划来保证各个过程都是顺利进行的，还要做出最认真最长远的考虑来保证我们做的估计是否对以后有所帮助，这些情况也是保证我们既要获得比较高的性能，又要将开销做的尽量小的条件。试点插件指（a）：，TDM插入模式此方法要求在所有子载波上的导频被发送到的，最重要的是这是最适合于时域通道中的一个小的变化，因为在这样的信道，该系统是按照法律设计的，法律的每一个数字的最小单位是一个时域OFDM符号，这些符号当然包含了导频

34、信息。这种方法理论上是适用于室内环境的。（b）方法：，FDM插入模式。这种方式要求的方法不是像以前一样，无法否认的是它也是必要的发送在时域上连续的导频信息，但在频域中不一样，而且只需要几个要求必须预留的子载波，该种子载波曾被指定为频域子载波。另外还需要发送导频子载波来确定子载波间隔。以这种方式插入有不可替代的优势，例如更好地支持移动性，但要保持这种优势，必须进行在频域的内插（插值）作为代价。（c）方法：离散（散）插入。这种插入方法的组合是通过FDM和TDM的方式一起的组合。这种插入方法继承了上述二者的优点，在频域中插入所需数量的每一个副载波的子载波的，这个子载波的导频在时域上所需的时间间隔数符

35、号需要插入一个符号，这个符号也必须进行试点得到。因此，这种方法可以用于插入频域相关，也可以利用时域相关性，并支持通道的准确性是非常高的，成本仍然是非常小的，但有相同的，这种方法也需要一边做插值频域和时域。导频插入的方式，特别是我们使用相同的时间，使计划和长期思考，因为什么样的试点办法适用于什么样的目的。在实践中，具体使用插入模式，还要根据系统的实际需求做出最合适的选择7。我们将控制通道的时候，针对在时域和频域如何插入是相对比较自由的。因此，控制信息的数量的分布已经成为我们需要尽快解决的一个主要的问题。由于我们通常是以最低的调制阶数来控制信息进行调制，因此它可以作为一个额外的控制信息码元，但必须

36、是导频码元，导频码元不仅改善信道估计性能，同时减少开销。他的另一个作用是一个辅助的数据可以是高阶调制解调。正因为如此我们也将导频的位置相对应的位置信息来控制信道。然而，这种方法有一个缺点，即增加了额外的处理延迟。由于该方法必须首先控制信道解调，然后进行解码并最终到数据解调。我们研究细胞OFDM系统可以保证用户之间的正交性，但也使用户之间的细胞内的正常工作。但它是一点点就不可能实现小区间的多址接入，而CDMA就可以很容易地实现这些要求。无法实现的多址接入的小区间这是必要的，我们采取额外的措施。如果我们不采取任何额外措施现有的设计，小区内将面临严重的小区间干扰就会带来一些麻烦。所以我们有这么多的问

37、题，超前思考，拿出解决方案之前，可能的解决方案包括：跳频OFDMA，加扰，频率域小区间的协调，干扰消除等7。2.4 OFDM技术的应用领域OFDM由于其频谱利用率高和成本低等原因越来越受到人们的关注，这是不可改变的趋势。随着人们对通信数据化、个人化和移动化的需求的不断增长，OFDM技术在综合无线接入领域将得到越来越广泛的应用。在20世纪60年代的时候，OFDM的多路数据传输系统被高频军事通信系统成功应用已经成为一段佳话。而在过去十多年里，OFDM技术被广泛应用在高比特率数字用户线、不对称数字用户线、甚高速数字用户线、数字音频广播和数字视频广播等方面8。在很多国家，他们都已经采用了OFDM技术，

38、在这些国家中，都把这种技术应用在全数字高清晰度电视传输系统（DTVT）。1996年12月26日FCC正式公布了“数字电视标准”ATSC。加拿大、韩国、阿根廷、和我国的台湾在1997年和1998年先后宣布了采用美国的ATSC标准。1997年，欧洲DVBTCOFDM系统是欧洲数字电视广播（DVB）系列标准中的数字地面电视广播系统标准，从此，欧洲的数字电视也有了完整的标准系列。从现在的研发情况来看，因为OFDM具有非常高的的频谱利用率和非常强的抗干扰能力，所以它能够极大地满足电视系统的传输要求。此外，OFDM作为主要的调制技术在电力线通信领域中得到了广泛的应用，被认为是一个最棒的技术。那是因为它具有

39、很高的速率，还有超强的抗干扰能力，最重要的是能支持无线多媒体通信，正是因为他拥有这么多的优点，才能被世界所广泛使用。它非常适用在某些豪华宾馆，商务大楼等等。2.4.1高清数字电视广播在1990年6月1日，美国GI公司向美国高级电视顾问委员会提交了全数字式的地面HDTV制式，电视从此进入了一个新的时代：数字电视时代。OFDM技术已被广泛应用与电视传输系统中，而且现在不光被应用于电视中，还被数字广播应用了，主要表现就是在音频广播和视频广播上。被这两个广播应用的主要原因是：这种技术能够解决多径时延扩展问题从而使系统能正常工作。OFDM在数字广播电视系统中被广泛的应用。1）不同的数字电视地面广播系统很

40、多人都知道美国高级电视系统委员会研发的格形编码的8电平残留边带调制信号，先后好多电视台都正式开始地面数字广播。ATSC调制方案也采用了具有导频信号的单载波调制，即8电平残留边带调制，是成熟的现有的AM调制技术的高度发展，其性能高度依赖于自适应均衡器。欧洲数字视频地面广播标准采用的编码是正交频分复用调制。2） 数字音频广播数字音频广播（DAB）标准是第一个正式使用OFDM的标准。它通过两种模式利用OFDM，这两种模式的子载波个数分别为1705和6817，根据这两种不同的子载波数量选择所需要的FFT/IFFT的规模。3)地面数字多媒体电视广播2.4.2无线局域网随着无线局域网技术的应用日渐广泛用户

41、对数据传输速率的要求越来越高。而OFDM技术的特点就特别适用于在无线环境下的高速传输，但是在室内这个较为复杂的环境中，有很多因素在阻碍无线信道信号的高速传输，使得实现无线传输要比有线传输要困难的多，这个大家很清楚。WLAN需要采用合适的调制技术。IEEE 802.11标准的制定是无i型按局域网发展的里程碑，他是有大量的局域网以及计算机专家审定的标准，最高速率达54Mbps，最低速率也能保持在20Mbps。WLAN主流的两种标准集中在204GHz频段和5GHz频段8。2.4GHz频段为ISM频段，有IEEE802.11b和IEEE802.11g标准支撑，5GHz频段有IEEE802.11a支撑。

42、在无线局域网中，对于10GHz频段以下的通信系统必须考虑到多径衰落的影响，利用OFDM调制技术将可用带宽划分为若干个子载波，这样每个子载波的带宽就比较窄了，每个OFDM符号的持续时间就比较长，由多径时延扩展带来的影响将减小，可以有效的提高系统的抗多径能力，同时扩大设备的适用范围。理论上OFDM和OFDMA具有较高的频谱利用率，而且在抵抗多径效应、频率选择性衰落或窄带干扰上具有明显的优势，因此OFDM和OFDMA工作的主要是低频段，IEEE802.16系统采用的主要是物理层方式。2.4.3低压电力线通信中的应用电力线通信我们定义它是利用电 力线传 输数据和语音 信号的一种最常用的通信方式之一。电

43、力线通信技术已经有了几十年的历史，但是在中高压输 电网上，我们要是想要传送数据和语音，就要通过电力线载 波机来实现，只要我们保证以较低的速率传送并且得利用较低的频 率，这样我就能实现。这就是电力线通 信技术应用的最主要的一种形式。这里讲的低压电力线和咱们普通的数据通信线路大大的不同，那是因为在电力线上有许多种干扰源，也有许多的噪声，这种噪声是无法预料估计的，只能在实际中临时应对这些噪声和干扰源都会对数字载波通信造成不可小觑的影响。这些影响主要表现在信道噪声、信道衰落和多径效应这三个方面，为了解决这个难题现在目前还正在研究当中。2.5 OFDM技术的优缺点OFDM是一种无线环境下的高速传输技术。

44、由于无线信道的频率响应曲线基本上是平坦的，在频域中的OFDM技术的主要思想是，由于该信道被划分成许多子频道的子频道是正交的，它们都是频谱相互重叠，和用于各子信道的子载波上，然后这些子载波调制，并且这些子载波必须是并行传输。尽管总的信道系统一般看是不平坦的，因为这个系统是一个频率选择性系统，但我们的研究是相互平每个子信道，在每个子信道上的窄带传输，正是因为这两个原因，相应的信道带宽远大于信号带宽，因此它可以最充分地消除干扰。因为这种技术OFDM系统中，在无线环境中的数据传输，不仅减少了干扰，而且还提高了频谱利用率。2.5.1优点OFDM存在很多技术优点，在3G、4G中被运用，在通信方面也有很多优

45、点：（1）高速率数据流的串行/并行转换，并使用插入循环前缀的方法，以消除不利影响的ISI，即使不均衡器，接收器降低了复杂性的平衡;（2）通常是不对称的无限数据服务，在上行链路中的下行链路数据传输是大于发送的数据量，正交频分复用系统中，电动调整来实现的子信道数，不同的下行链路速率;（3）很容易OFDM和使用的组合与其他多址接入。OFDM是容易的，和空时编码，分集，干扰抑制，智能天线技术，物理层，以最大限度地提高信息的可靠性。（4）OFDM技术是在使用和传播信号的区域人口稠密，地理位置突出的地方在高层建筑中使用的理想选择。高速数据传输和数字音频广播一直在努力，以减少多径对信号的影响。（5）OFDM

46、技术的最大优点是对抗频率选择性衰落或窄带干扰，OFDM技术特别强的抗窄带干扰，这些干扰会影响只有很小一部分的子信道。和各子信道的联合编码，实现了频率分集的子信道的作用，如果不是非常严重的衰落，我们不能添加时域均衡器。因此，系统的整体性能可以得到改善。（6）可以有效对抗多径衰落信道环境和高速数据传输时的信号波形之间的干扰。当多径传输信道，因为频率选择性衰落时，仅将副载波频率下降和抑郁症中携带的信息原封不动地影响其他子载波，因此整个系统的误码率性能是更好地获得。（7）作为一个子信道使用，极大地提高了频谱效率的OFDM正交的子载波的子载波数，越长的时间，该系统的利用率越高。（8）可以基于IFFT/F

47、FT的OFDM方法来实现。2.5.2缺点OFDM技术有上述优点，但是OFDM信号在传输过程中也存在着一些劣势：（1）由于相位噪声的灵敏度和载波频率偏移量始发线路和底侧的转换器和调谐振荡器的相位噪声会带来抖动，频率偏移和相位噪声会破坏子载波之间的正交性，只有1的信号噪声比的偏差可以是30分贝。（2）系统效率OFDM自适应调制技术的使用和加载算法将增加，发射机和接收机的复杂性，当终端移动速度大于30公里的，信道变化速度时，刷新频率增加时，一个相应的位增加跳频开销，此时，自适应调制可能变得不那么适合，它会降低系统的效率。（3）所需的线性范围因为OFDM系统的信号的峰值功率与平均功率之比（PAPR）是

48、比较大的，这个比率的增加，减少低频放大器的效率。耦合与非线性放大的过于敏感，所以使用单载波OFDM调制系统比的线性范围的放大器系统的要求更高。尽管这些缺陷OFDM技术，而是通过适当的技术手段来解决，因此OFDM技术在无线通信技术，仍然有一个伟大的目的。也有一些改进的OFDM技术，来解决一些问题的OFDM本身。在这里，我们介绍几种技术中最重要的。因为OFDM的多址接入能力本身是不需要的，和其他多址接入技术，例如，FDMA，TDMA，CDMA等多站点，包括OFDMA（正交频分复用），MC-CDMA（多载波）MC-DS（直接序列扩频）-CDMA，VSF-OFCDM（正交可变扩频因子频率码分复用）技术

49、。DFT-S-OFDM（离散变换富立业扩展OFDM）被设计来减少PAPR的OFDM改进了的技术。OFDM和OFDMA技术结合起来，形成OFDMA技术是最常见的OFDM的多址技术，正交频分复用多址接入技术分为两个部分，这是子信道和跳频OFDMA OFDMA。OFDMA子信道，这是OFDM系统的整个带宽被划分为多个子信道众多，但是，而每个子信道分成许多还包括多个子载波，我们可以把这些子载波分配给每个用户（共当然，用户还可以占用多个子信道）9。可以组合成子信道的OFDM子载波的方式有两种：集中式和分布式。方式之一，这是一个集中的二重奏许多连续的子载波分配给一个子信道（用户），以这种方式，如果你想获得

50、多用户分集增益，这需要由该频域调度，系统将被选择的子信道的用户，然后精确度的传输，以便得到多用户分集增益。然而，这种方法有一些令人不满意的地方，以这种方式获得的频率分集增益过小，导致较差的性能的普通用户，用户可能会抱怨。然而，恰恰是这种方式可以降低信道估计的难度，给我们带来了很多方便。另一种方法是分配给每个子信道无规分散在整个载波带宽的分布式系统，从而达到副载波的每个子载波被交替地安排，从中我们可以得到频率分集增益。但缺点是，这种方法的信道估计是太复杂，不能使用频域调度，但也有特殊的抗恶劣偏移能力。因此，这就要求我们在设计时，应根据实际情况灵活的选择和使用这两种方式。OFDMA系统有它自己的一

51、组小波相对固定的分配方案中，这是一个很长的时间长度，必须使用指定的副载波组的时间长度，其中，在频域调度的期间内用户师。虽然这样，但该OFDMA系统，实现小区内的多址接入是绰绰有余的，如果为了实现小区间的多址接入，具有一定的问题和相当大的麻烦。这些问题和麻烦在于：在调度的时间，如果每个单元都是基于对辖区内的通道调度变化，这将使该地区使用的子载波资源发生冲突，并会带来不必要的跨小区的干扰。为了便于顺利和用户之间，我们必须找到办法避免这种干扰。如果你想避免这种干扰，我们必须在相邻细胞之间的协调，这是联合调度，但不得不说此一协调对网络结构的影响较大，并可能有需要网络层信令交换支持。事实上，我们使用的跳

52、频OFDMA是另一种选择。该跳频OFDMA系统中，用户被分配的子载波资源的快速变化，而不是其他的，因为它需要在每个时隙中，用户必须采取的所有子载波的子载波的数目，但在同一时间，每个用户可以使用不同的子载波组。下一次，当，无论发生怎样的变化，用户必须跳转到另外一组子载波的传输，这需要使用的子载波，以确保用户可以不冲突。但是，如果每个单元负载逐渐增加，越来越多的子载波上的冲突，这将有负面影响的信噪比会导致下滑，但也积累了更多的干扰噪声。第三章 OFDM关键技术3.1时域和频域同步技术在通常我们所深入研究的OFDM系统中，我们研究的大致方向是系统中的那些不是主要的载波，也就是被人们广泛的称为副载波的

53、波。对于副载波的研究，我们的具体要求是有一个条件约束，这个条件就是频率同步性，接收端和它的前一个变送器必须满足的这个条件，不然的话，就会造成载波和载波之间发生互相干扰的现象。载波间的干扰，不单纯是上述这个因素，有的时候这些相位之间存在的噪声也有可能会造成传播的载波的相互干扰。还有就是在一些只有一个载波的系统当中，它的频率之间的不一样可能会导致它所接收到的信号也会不一样或者说是相位之间存在差异，但是这些都是可以用一些方法解决的，比如说用均衡的方法就可以解决。在OFDM的系统当中，对于研究信号的过程，解调是我们必须面对的，而解调就要避避信号互相干扰的现象，那么势必我们就要做一些准备工作，那就是同步

54、，同步的内容目前我们主要是两个规则：一个是在OFDM系统当中，在接收到的信号效果是最好的时候，此时我们应该尽量让各码元之间的相互干扰越小越好，与此同时，我们也需要让载波信号间的干扰最小10。另一方面，我们应该能够清楚的知道载波的方向，因为载波的偏移会导致ICI现象的产生，这样就会对系统产生影响,在这个的基础上，我们还应该清楚的知道载波的相位，因为除了以上我们所说的方面，相位也是需要同步的。在一般的情况下，同步的具体步骤可以分为两个，其中一个是同步，另一个是跟踪。对比于通常的传输系统，连续传输系统有一个很好的优势，那就是字符的传输是不间断的，那么进行同步这个过程就会简单易行了，随后进行跟踪更是手

55、到擒来的事。那么与连续系统相反的系统，我们就不能那么容易的获得同步了，需要一些辅助，这些辅助往往是那些训练信息，它们可以帮助同步的顺利完成。 在实际的过程中，同步的方式有几种，下面我们就来依次介绍以下的同步方式，并阐述一下它们的目的：捕获：从字面意思我们可以猜测，它应该是一种与速度有关的捕捉，事实也是如此，它是在最有效的时间内测量需要的最小范围的偏差。跟踪：所谓跟踪，就是能够准确的确定出塔索需要执行的任务，并且能够执行这个任务。对于偏差的变量造成的索引器的抖动问题进行调节和分析，为的就是能够得到更精准的同步。粗同步：目的是降低偏差的大小，也就是说从偏差中获得更加缩小的范围的偏差，这样对整个系统

56、的同步有很有帮助。细同步：它的目的与粗同步是一样的，它是在粗同步的基础上上得到更小范围的偏差。在OFDM的系统当中，由于下行链路的同步信号可以从很多地方接受，尤其各种移动的设备，所以相对来说还是它是一种简单易行的方式。但是在上行的链路当中，这时需要很多种的准备条件，尤其是步调的一致性，具体是指基站端的信号与传输的信号（终端接收的信号）步调一致。因为基站是通过它所接收到的信息来进行判断的，通过这个判断想终端发送所需要的信息。3.2峰均功率比在OFDM的系统中，符号多是它的一个很明显的特点，这些符号的由来是载波信号的累加的结果，这些载波是有区别的并且是互不影响的，我们如果去某个固定的时刻值时，并且

57、有很多载波在同一个传播的方向上进行了叠加，那么此时你就会发现PAP明显的增大。此时换句话来说，如果OFDM当中拥有很多的信道的分支，再加上这些信道的分支在同一个相位上进行累加的话，综合下来的信号幅度会大大的增加。PAP我们通常要求是足够大，但是也不能太大，太大会出现一些其他令人烦恼的问题，所以，有时因为一些需要，我们不得不对PAP做适当的减小处理，通常我们会采用三种方法，具体有以下的罗列说明:第一个是信号的预失真技术：它是通过降低峰值的功率来达到目的的，主要适用于非线性的信号，处理它周围的的峰值功率。第二类是编码：这种方法本身的含义，是不最大程度的不使用这前向纠错编码的码字，例如，循环编码的一

58、个更大的峰值功率。第三类被添加到每个OFDM序列不同的扰频码：选出最小的峰均功率比序列10。最简单的降低PAR的方法主要下面这种：我们致力于把想要进行处理的峰值的幅度达到一个范围内，当然这个过程必须发生在线性系统的的前面。这样一来，我们可以得到一个峰值很低的信号，最好的效果是达到我们预计的信号最大的电平值。限幅的具体操作是是将OFDM符号和一个矩形滤波器相乘，这样得出的信号幅度都是趋于平行的，这个过程以后，所得的信号的带宽取决于这两个信号，有时候会用到卷积的公式，假设，我们使用的滤波器是矩形的，那么在它周围的信号下降会受其影响而变得很缓慢。压扩技术是限幅方法以外的另一个方法，现在我们介绍这个技

59、术的原理思想，它是放大小功率信号，压缩大功率的发射信号。这样一来，信号的平均功率会稳定的保持在某个相对不变的频率范围之内，这样的好处有两个，一是减小系统的PAR，二是提高系统的抗干扰能力。值得注意的是要在发射端对信号进行压扩，而在接收端要实施逆操作。OFDM系统的更大范围内的峰值功率信号是多个子载波信号的叠加。如果有多个序列可以被用来代表相同的一组信息的传输，在一个给定的阈值条件的PAR，你可以选择一组用于发送，这将显着降低的峰值功率信号的发生的概率。这些方法是选择性映射和部分传输序列11。在OFDM信号中PAR在很大部分中不是很高。这就说明我们需要用基于编码的方法去解决OFDM的PAR的高度

60、问题。PAR一般都会选择小于平均水平的那些的OFDM信号的码字，可是这样由于我们所需的码字都是格雷码的补码，那么我们就需要一种方法去降低PAR码字。编码技术限制那些可用于传输信号的码字的集合，只有那些幅度峰值低于期望PAR的码字的才能被选择用于传输，这类技术为线性过程，因此不会产生预畸变技术的那种限幅噪声。3.3均衡 该系统均不均衡与我们改善系统性能是没多大关系的。假设信号衰落了，它不能有效的提高系统的性能。这是因为什么呢？主要是由于传播的物质有干扰，更何况本次研究的东西是分散的，所以我们不需要做什么评比。若是散射信道，信道很长，保证CP的长度是很长，才能不会出现ISI这个东西，甚至消失不见了

61、。物都有两面的方面，不能太过，CP长度很长，能量体就会没了，载波数量小的系统财货有效。所以均衡器就有很好的作用，它很强大，强大的可以让CP的长度变小，系统的复杂性很混乱，系统利用率也很大。3.4与其他载波调方式的比较载波不一样所以我们就知道调制方法不一样。距离不同传输的数据量也不一样。正交频分复用与该方法相比的区别分别为：（一）固定频率在一个稳定不变的频率里传播所需的信号。这样的方法最常见的是在高功率的信号中使用过程中，这个方法有个缺点就是一旦受到很强的干扰的时候，那么相应的信号也即将受到很大的干扰，引起失真的影响。（二）跳频扩频伪随机序列根据频率到而变化射出了无线信号。该方法的干扰能力可以说

62、是很强，信号在传播的过程中，一旦遭到阻碍，它只能在下次再射出来了。（三）直接序列扩频广播形式射出信号。信号带上扩频码一起走实现扩频技术。不会有超强的干扰。把扩频码弄掉后、接受有用的，也没有噪声12。（四）正交频分复用在同一个时刻，射出了很多带宽很小的载波，这种方法常常在高速传输上得到充分的利用，这种技术大多使用在相比较而言情况恶劣的环境中，方法很复杂抗干扰的方法很多。第四章 基于MATLAB的OFDM通信系统仿真与分析4.1 循环前缀及信道估计对系统误码率的改善分在OFDM系统中,窄带信号是整个系统的比较重要的信号之一。其窄带信号穿插在每个并行数据支路中,每个之路都要进行衰落和选择，也就是说平

63、坦衰落是每个支路都有必须经历的过程,这样这种衰落就会减小对信号的影响。再加上每个支路都降低了子数据流速率,可以达到减小了符号间干扰(ISI)，甚至消除干扰的目的。此外,要想完全消除干扰我们就必须利用其他的措施了，可以通过加保护间隔的办法来实现。假设每个OFDM符号由X个样值组成,这个符号由于有时延扩展现象的存在,接收端将会有L(LX)个样值发生错误,当然这个样值是和信道冲激响应持续时间相对应的。因此,我们可以另外添加因素，就是在发送信号的时候在他的前端加上M个样值,而在接收端收到信号的时候,我们必须先去掉前M个样值,然后再进行FFT,只要ML就可以达到目的了。我们要是想完全消除干扰的话就必须采用保护间隔，我们就需要用空数据来填充最初的保护间隔,但是这样虽然从根本上消除了ISI,但是我们却忽略了一个弊端，