【正文】 .......................................... 31 基于訓(xùn)練符號(hào)的 符號(hào) 同步算法的 matlab 仿真 ...................................................... 31 基于循環(huán)前綴的 符號(hào)粗同步算法的 matlab 仿真 .................................................. 32 基于導(dǎo)頻的 符號(hào)細(xì)同步算法的 matlab 仿真 .......................................................... 36 本章小結(jié) ................................................................................................................... 38 結(jié)束語(yǔ) ..................................................................................................................................... 38 參考文獻(xiàn) ................................................................................................................................. 40 謝辭 ......................................................................................................................................... 42 第一章 緒論 移動(dòng) 通信發(fā)展 概況 移動(dòng)通信自從無(wú)線電通信發(fā)明之日就產(chǎn)生了。 1897 年， 在一固定點(diǎn)與一艘拖船之間的無(wú)線通信試驗(yàn)，當(dāng)時(shí)的通信距離為 33km(約 18 海里 )。 現(xiàn)代移動(dòng)通信技術(shù) 的 發(fā)展始于 20 世紀(jì) 20 年代，但是一直到 20 世紀(jì) 70 年代中期，才迎來(lái)了移動(dòng)通信的蓬勃發(fā)展。 1978 年底，美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室成功研制出高級(jí)移動(dòng)電話系統(tǒng)（ AMPS），建成了蜂窩狀的模擬移動(dòng)通信網(wǎng)，大大提高了系統(tǒng)容量。 與此同時(shí)，其他發(fā)達(dá)國(guó)家也相繼開(kāi)發(fā)出蜂窩式公共移動(dòng)通信網(wǎng)。 這一階段所產(chǎn) 生的移動(dòng)通信系統(tǒng)一般被稱為第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)。 第一代移動(dòng)通信系統(tǒng) 的特點(diǎn)是 模擬 蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)成為實(shí)用系統(tǒng)，并在世界各地得到迅 速發(fā)展。但是 由于各國(guó)在開(kāi)發(fā)第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)時(shí)只考慮了本國(guó)的當(dāng)時(shí)可用的頻率資源，彼此的頻率并不協(xié)調(diào)，標(biāo)準(zhǔn) 也 不統(tǒng)一 ；并且是模擬系統(tǒng)，不能傳輸數(shù)據(jù) ，頻帶利用率也有待提高 。 在第一代移動(dòng) 通信投入商用后的幾年， 就 逐步開(kāi)展了以提高頻譜利用率為目標(biāo)的第二代移動(dòng)通信的研究。 1982 年北歐的 NORDIC 電信和荷蘭郵電向歐洲郵電會(huì)議（ CEPT）提議開(kāi)發(fā)新的數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)以滿足歐洲移動(dòng)網(wǎng)的需要，CEPT 成立了移動(dòng)通信特別研究組（ GSM）開(kāi)發(fā)泛歐公共陸地移動(dòng)通信系統(tǒng)。 1987年 ， GSM 選定基于時(shí)分多址 TDMA 的無(wú)線傳輸技術(shù) 。 隨后幾年歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)組織 ETST 以國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)為目標(biāo)完成了 GSM 900MHZ 和 1800MHZ（ DCS）的規(guī)范 ，1992 年世界上第一個(gè) GSM 網(wǎng)在芬蘭投入運(yùn)營(yíng)。 第二代移動(dòng)通信系統(tǒng) 能夠 提供電 路交換型語(yǔ)音和低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，但數(shù)據(jù)傳輸速率只有 ，最高也只有32kbit/s。 為了滿足人們對(duì)圖像、話音、數(shù)據(jù)相結(jié)合的多媒體業(yè)務(wù)和高速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求，第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的研發(fā)和建設(shè)自 20 世紀(jì) 80 年代起 就 成為通信領(lǐng)域的一大亮點(diǎn)。目前全球有代表性的第三代移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)主要有 WCDMA、CDMA202 TDSCDMA。 2022 年，全球第三代移動(dòng)通信進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期。在網(wǎng)絡(luò)方面，截止到 2022 年 9 月底，全球共有 118 個(gè) 3G 網(wǎng)絡(luò)（ cdma2022 和cdma20221x EVDO 分別計(jì)算）正式商用，包括 38 個(gè) WCDMA 網(wǎng)絡(luò)、 67 個(gè)cdma20221x 網(wǎng)絡(luò)以及 13 個(gè) cdma20221x EVDO 網(wǎng)絡(luò)。第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)無(wú)一例外采用了 CDMA 技術(shù)， 能夠提供高質(zhì)量的多媒體業(yè)務(wù)，并具有足夠的系統(tǒng)容量，數(shù)據(jù)傳輸速率可以達(dá)到 2Mbit/s。雖然 第三代移動(dòng)通信系統(tǒng) 較第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率提高了上千倍，但仍然滿足不了未來(lái) 多媒體通信的要求。 基于 未來(lái)的通信對(duì)傳輸速率 要求更高，人們已經(jīng)開(kāi)始研究第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)，或稱之為 下一代 (Beyond 3G)移動(dòng)通信系統(tǒng) 。 下一代 移動(dòng)通信 主要是面對(duì) 2022年以后的 移動(dòng)通信系統(tǒng) ，主要是以移動(dòng)數(shù)據(jù)服務(wù)為主的、大范圍覆蓋的高速移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)。 預(yù)計(jì)于 2022 年前后開(kāi)始商用， 2022 年開(kāi)始大規(guī)模部署。在低速移動(dòng)的室內(nèi)和室外環(huán)境下，將提供高達(dá) 1Gbit/s 的數(shù)據(jù)速率；在中高速移動(dòng)的廣域環(huán)境下，將提供 100Mbit/s 的數(shù)據(jù)速率。 對(duì)于高速的數(shù)據(jù)傳輸， 單載波時(shí)分 多址（ TDMA）系統(tǒng)和窄帶 的碼分多址（ CDMA） 系統(tǒng)都存在很大的缺陷。 因?yàn)?無(wú)線信道存在時(shí)延擴(kuò)展，高速信息流的符號(hào)寬度又相對(duì)較窄，所以會(huì)存在較嚴(yán)重的（ ISI，）。 OFDM（ 正交頻分復(fù)用 ） 作為 對(duì)抗 ISI 的高速傳輸技術(shù)， 已 基本被公認(rèn)為 下一代 (Beyond 3G)移動(dòng)通信系統(tǒng)的 核心 技術(shù) 。 OFDM 的優(yōu) 越性 OFDM的基本思想是將高速輸入的串行數(shù)據(jù)流進(jìn)行串 /并轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成若干并行的低速數(shù)據(jù)流，映射到 OFDM符號(hào)的不同子載波上進(jìn)行傳輸， 各個(gè)子載波并行傳輸， 這樣每個(gè)子信道的符號(hào)周期就會(huì)相對(duì)增加，可有效降低 ISI的不利影響。它的主要優(yōu)點(diǎn)為 : （ 1） 頻率 利用率 高 。在傳統(tǒng)的并行傳輸系統(tǒng)中，整個(gè)帶寬經(jīng)分割后被送到子信道中，各子信道頻帶之間嚴(yán)格分離，接收端通過(guò)帶通濾波 器 濾除 帶外的信號(hào)來(lái)接收每個(gè)子信 道上的數(shù)據(jù)，這種方法頻譜利用率很低，造成頻 帶 浪費(fèi)。在 OFDM系統(tǒng)中各個(gè)子信道的載波相互正交，頻譜相互 重 疊 ，提高了頻譜利用率 。 可以證明，當(dāng)子載波數(shù) 目 很大時(shí)，系統(tǒng)的頻帶利用率趨于 Nyquist極限 。 （ 2） OFDM系統(tǒng)的 調(diào)制 解調(diào) 利用快速傅 利 葉變換 （ FFT） 實(shí)現(xiàn) ， 這是它的 一個(gè) 非常 重要 的 優(yōu)點(diǎn) 。 最初 OFDM的實(shí)現(xiàn)需要多個(gè)調(diào)制解調(diào)器，電路十分復(fù)雜， 影響了 OFDM的應(yīng)用。 采用 FFT技術(shù)可以快 速的實(shí)現(xiàn)調(diào)制與解調(diào)， 大大簡(jiǎn)化系統(tǒng) 實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度 。 近年來(lái)，隨著數(shù)字信號(hào)技術(shù)的迅速發(fā)展，許多 DSP芯片的運(yùn)算能力越來(lái)越快，更進(jìn)一步推動(dòng)了 OFDM技術(shù)的發(fā)展。 在發(fā)送端采用 快速 傅利葉 反變 換 (IFFT)，把頻域的調(diào)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為時(shí)域 的信號(hào)發(fā)送出去，在接收端，通過(guò)快速 傅利葉 變換(FFT)把接收到 的時(shí)域信號(hào) 再 轉(zhuǎn)化為頻域信號(hào)，然后進(jìn)行判決解調(diào)，恢復(fù)頻域的調(diào)制信息。 （ 3） 可以有效地對(duì)抗符號(hào)間干擾 （ ISI） 和 頻率選擇性衰落 。 OFDM 系統(tǒng)采用多個(gè)正交的子載波并行傳輸數(shù)據(jù)， 高 速的數(shù)據(jù)流經(jīng)過(guò)串并變換后，調(diào)制到各個(gè)子載波上進(jìn)行并發(fā)傳輸 ，這樣 每個(gè)子信道 的數(shù)據(jù)速率大大降低 ， ISI干擾就相對(duì)小 很 多，此外， OFDM采用了添加保護(hù)間隔 （循環(huán)前綴） 的方法，即復(fù)制 OFDM符號(hào) 中最后面的樣點(diǎn) 到最前面，這樣進(jìn)一步增強(qiáng)了 抵抗多徑衰落的 能力 。 因?yàn)槭嵌噍d波并行傳輸 ， 某一時(shí)刻 只有落在頻帶凹陷處的子載波攜帶的信息 會(huì) 受影響，其他的子載波未受損害，因此系統(tǒng)總的誤碼率性能 并未下降太多 。 OFDM 的關(guān)鍵技術(shù) 同步技術(shù)。 OFDM系統(tǒng) 中 要求 各個(gè)子載波嚴(yán)格正交 ， 對(duì)定時(shí)和頻率偏移十分敏感 。定時(shí) 的 偏移 不但 會(huì)引入相位噪聲 ，也會(huì)引入一定的載波間干擾（ ICI） ；頻率 的 偏移 即使 是很少量也 會(huì)使載波間的正交性遭到破壞，引起 載波間干擾（ ICI），使誤碼率嚴(yán)重惡化 。 因此 同步性能的好壞 直接影響整個(gè)系統(tǒng)的性能。 峰值平均功率比技術(shù)。 與單載波系統(tǒng)相比，由于多載波調(diào)制系統(tǒng)的輸出是多個(gè)子信道信號(hào)的疊加，因此如果多個(gè)信號(hào)的相位一致時(shí)，所得到的疊加信號(hào)的瞬時(shí)功率就會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于信號(hào)的平均功率，導(dǎo)致出現(xiàn)較大的峰值平均功率比(PAR)。這樣就對(duì)發(fā)射機(jī)內(nèi)放大器的線性提出了很高 的要求。 信道估計(jì)技術(shù)。 在 OFDM系統(tǒng)中 ，信道估計(jì)器的設(shè)計(jì)主要有兩個(gè)問(wèn)題：一、是導(dǎo)頻信息的選擇 。二 、是 復(fù)雜度低和導(dǎo)頻跟蹤能力良好 的 信道 估計(jì)器的設(shè)計(jì)。 OFDM 的 應(yīng)用 概況 和展望 OFDM 技術(shù) 早在 20 世紀(jì) 60 年代就被提出來(lái)了， 但由于模擬濾波器實(shí)現(xiàn)起來(lái)的系統(tǒng)復(fù)雜度高，所以一直沒(méi)有發(fā)展起來(lái)。 近幾年 ， 數(shù)字信號(hào)處理 (DSP)和超大規(guī)模集成電路 (VLSI)技術(shù)的發(fā)展 則 極大的促進(jìn) 了 OFDM 技術(shù)的應(yīng)用 。 OFDM 技術(shù) 已在 ETSI 標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字音頻廣播（ DAB）、數(shù)字視頻廣播（ DVB）、 無(wú)線局域網(wǎng)（ WLAN）等系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用，而且在綜合無(wú)線接入領(lǐng)域也將得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用 。 1995 年，歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)（ ETSI）首次提出 數(shù)字音頻廣播 (DAB)標(biāo)準(zhǔn)，此標(biāo)準(zhǔn)是使用 OFDM 技術(shù)的第一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。它是在現(xiàn)有的 AM 和 FM 音頻廣播的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，但比起前兩者， DAB 能夠提供更優(yōu)質(zhì)的語(yǔ)音質(zhì)量、更快的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)以及更高的頻譜利用率。 數(shù)字音頻廣播 (DAB)的出現(xiàn)是廣播技術(shù)的一次革命， 它 能夠提供 CD 級(jí)的 立體聲音質(zhì)量，信號(hào)幾乎沒(méi)有失真，可達(dá)到“水晶般透明”的發(fā)燒級(jí)播出音質(zhì)。 歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)（ ETSI）在 1994 年和 1996 年先后公布了 DVBS（衛(wèi)星廣播） ,DVBC（有線電視廣播）和 DVBT（地面廣播）的標(biāo)準(zhǔn)。在 DVBT（地面廣播）方面采用 OFDM 調(diào) 制 技術(shù)。除 歐洲國(guó)家外，澳大利亞、新加坡、印度、巴西先后在 1998 和 1999 年宣布采用歐洲的 DVB 標(biāo)準(zhǔn)。 在 XDSL/ADSL 等有線接入技術(shù)中， OFDM 被典型地當(dāng)作離散多音調(diào)制DMT(Discrete Multitone)。 在無(wú)線接入領(lǐng)域， 無(wú)線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn) IEEE 802. 11 協(xié)議群、無(wú)線域 域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn) IEEE 802. 16 協(xié)議群、 HIPERLANII 以及 MMAC 都將 OFDM作為物理層的傳輸手段。 2022 年 10 月 6 日，國(guó)際電信聯(lián)盟 (ITU)發(fā)起成立 TIMT2022 and Beyond3G工作組。工作組 的成立旨在統(tǒng)一全球移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)，并開(kāi)始第四代移動(dòng)通 信系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)制定 。由于 Beyond 3G 要在有限頻率資源的條件下傳輸高速的數(shù)據(jù)信息，因此系統(tǒng)需要采用具有高頻譜利用率、能夠有效抵抗多徑時(shí)延的調(diào)制技術(shù)。 OF叫技術(shù)由于使用了正交重疊的頻譜，頻譜效率高，另外還具有抗多徑時(shí)延、硬件實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，已基本被公認(rèn)為 Beyond 3G 的核心技術(shù)之一。 本文 的 主要 研究 內(nèi)容 和 結(jié)構(gòu) 安排 迎合當(dāng)今通信技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，本文對(duì) OFDM 技術(shù) 的基本原理 進(jìn)行了 研究， 重點(diǎn) 對(duì)其 符號(hào) 同步 技術(shù) 進(jìn)行 研究 并做了算法仿真。 本文各章內(nèi)容 具體 安排如 下 ： 第一章 是緒論，簡(jiǎn)單介紹了 移動(dòng)通信的 發(fā)展概況 ， OFDM的 優(yōu)勢(shì)、 關(guān)鍵技術(shù) 、以及 應(yīng)用 現(xiàn)狀 。 第二章 主要 介紹 了 OFDM系統(tǒng)的基本 原理， 研究分析 了 OFDM調(diào)制技術(shù) 和基于 FFT的實(shí)現(xiàn) ，是本 論 文的主要理論基礎(chǔ) 。 第三章著重 分析了 符號(hào) 定時(shí)偏差對(duì)系統(tǒng)的影響， 研究了 OFDM的 符號(hào) 同步算法。 OFDM的 符號(hào) 同步 主要 利用 前導(dǎo)訓(xùn)練符號(hào) 、循環(huán)前綴以及導(dǎo)頻。 第四章對(duì) OFDM的 符號(hào) 同步算法進(jìn)行了仿真。 仿真結(jié)果表明： 基于訓(xùn)練符號(hào)的同步算法可以 較好的檢測(cè)一個(gè)數(shù)據(jù) 幀 的開(kāi)始位置， 實(shí)現(xiàn) OFDM快速的同步； 基于循環(huán)前綴 的同步算法 可以實(shí)現(xiàn)符號(hào) 粗同 步，基于導(dǎo)頻的符號(hào)同步算法 可以進(jìn)一步糾正粗同步的誤差，實(shí)現(xiàn)符號(hào)的精 同步。 最后是結(jié)論、參考文獻(xiàn)和致謝。 第二章 OFDM 的基本原理 OFDM 的基本 調(diào)制 原理 在傳統(tǒng)單載波通信系統(tǒng)中， 數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡湫头绞绞谴袛?shù)據(jù)流， 符號(hào)被連續(xù)傳輸，每一個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)的頻譜可占用整個(gè)可利用的帶寬。 而多載波調(diào)制（ MCM）是 將高速的串行數(shù)據(jù)流進(jìn)行串 /并變換，轉(zhuǎn)換成 N 路并行的低速 子 數(shù)據(jù)流， 然后用他們?nèi)フ{(diào)制 N 路子載波后再并行傳輸 ， 因此子數(shù)據(jù)流的速率是原來(lái)的 1/N，即符號(hào)周期擴(kuò)大為原來(lái)的 N 倍，遠(yuǎn)大于信道的最大時(shí)延擴(kuò)展 max? ，這樣多載波調(diào)制（ MCM）就把一個(gè)寬帶頻率選擇性衰落信道劃分成了 N 個(gè)窄帶平坦衰落信道，從而“先天”具有很強(qiáng)的抗多徑衰落能力，特別適合于高速無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸。 OFDM 是 一種子載波相互重疊的 MCM，因此 OFDM 除了具有上述 MCM 的優(yōu)勢(shì)外，還具有頻率利用率高的優(yōu)點(diǎn)， OFDM 系統(tǒng)中的各個(gè)子載波是嚴(yán)格正交的，它們雖然在頻域相互重疊，卻能在接收端被分離出來(lái)。 而且 OFDM 各子載