【正文】 無線通信，再到現(xiàn)在的光纖通信 [2]。 分析研究表明，在信噪比較小時， RS 編碼對 OFDM 系統(tǒng)的差錯性能有明顯改善，但當(dāng)信噪比達到一定值時，經(jīng)過 RS 編碼后的系統(tǒng)性能急劇下降，說明 RS 編碼對系統(tǒng)誤碼性能的改善程度是有限的；另外，當(dāng)信噪比 相同時，隨著多普勒頻移的不斷增大，OFDM 系統(tǒng)的誤碼率也不斷變大，說明多普勒頻移對系統(tǒng)的差錯性能有一定的負(fù)面影響。 OFDM技術(shù)能夠有效地抵抗多徑衰落、抑制噪聲和干擾，并且能夠大幅度地提高無線通信系統(tǒng)的傳輸速率和信道容量，有著非常廣闊的應(yīng)用前景。 本文主要介紹了 OFDM 系統(tǒng)的基本原理以及 其優(yōu)缺點，詳細(xì)闡述了 RS 編碼技術(shù)，并簡單敘述了各種關(guān)鍵技術(shù)。 此外，簡要分析了 OFDM 系統(tǒng)的差錯性能的影響因素以及仿真曲線出現(xiàn)不規(guī)則波動的原因。到目前為止，移動通信技術(shù)已經(jīng)了三個主要發(fā)展階段，每個階段的發(fā)展都是技術(shù)的突破和觀念的創(chuàng)新，不僅集中了計算機科學(xué)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中的許多成就；也集中了有線通信、無線通信的最新技術(shù)成果。T)成功研制 了第一代蜂窩通信系統(tǒng)，即先進移動電話系統(tǒng) (Advantage Mobile Phone System,AMPS),并組建了蜂窩狀模擬移動通信網(wǎng)，使系統(tǒng)容量大大提高了，此時，蜂窩式公共移動通信網(wǎng)也已逐漸在一些發(fā)達國家出現(xiàn)。在這個階段，歐洲率先提出了全球移動通信系統(tǒng) (Global System for Mobile， GSM)，而窄帶碼分多址 (CodeDivision Multiple Access,CDMA)蜂窩移動通信系統(tǒng)緊隨其后由美國高通公司提出，這是移動通信系統(tǒng)發(fā)展中的具有重要意義的事件。 OFDM 技術(shù)作為一種具有較高頻譜利用率且可以有效對抗子載波間干擾的高速數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，引起了世界各國通信界的高度重視，并在數(shù)字廣播、數(shù)字通信、移動通信等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，是一種強有力的數(shù)字調(diào)制方式，由于這些突出的優(yōu)點以及優(yōu)異的性能使其受到人們的青睞，并成為第四代移動通信系統(tǒng)為廣闊的發(fā)展前景。首次提出了 OFDM 理論，并在 1970 年成功獲得專利。 循環(huán)前綴 (Cyclic Prefix,CP)的概念在 1980 年引入 OFDM 系統(tǒng)，由 Ruiz 和 Peled 提出，此方法使用循環(huán)擴展取代了傳統(tǒng)的保護間隔，從而解決了正交性的問題。 19 世紀(jì) 90年代末 通過了一個5GHz 的無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，其中它的物理層標(biāo)準(zhǔn)采用的是 OFDM 技術(shù) 。伴隨著 BRANHyperLAN/2和 兩個標(biāo)準(zhǔn)廣泛應(yīng)用在局域網(wǎng)中， OFDM 技術(shù)將會在無線數(shù)據(jù)本地環(huán)路的廣域網(wǎng)領(lǐng)域貢獻更多力量。目前常用的仿真技術(shù)主要有： (1)Matlab 仿真平臺。使用Simulink 可以更加方便的對系統(tǒng)進行可視化建模，并進行基于時間流的系統(tǒng)仿真，使得系統(tǒng)仿真建模與工程中的方框圖結(jié)合起來。此外， OFDM 系統(tǒng)采用的加載算法使系統(tǒng)可以把更多的數(shù)據(jù)集中放在條件好的信道上以高速率進行傳送。 (4) 易于和其他多種接入方法結(jié)合使用 OFDM易 于和其他多種接入方法結(jié)合使用 ,構(gòu)成 OFDMA系統(tǒng)，其中包括跳頻 OFDM、多載波碼分多址 MCCDMA 以及 OFDMTDMA 等等，使得多個用戶可以利用 OFDM技術(shù)同時進行信息的傳輸。 (2)峰值平均功率比較高 由于 OFDM 系統(tǒng)中各子載波相互獨立，峰值功率與均值功率比相對較大，且隨子載波數(shù)目的增加而增加。 本文的 主要內(nèi)容 本文的主要內(nèi)容安排如下： 第一章主要介紹了移動通信的發(fā)展史以及 OFDM 的發(fā)展現(xiàn)狀，然后介紹了 OFDM技術(shù)的優(yōu)點及不足。 第五章為總結(jié)和展望，對本論文進行概括總結(jié) ,并對 OFDM 技術(shù)的未來發(fā)展作出展望。 正交頻分復(fù)用 (OFDM)的基本原理就是把高速的數(shù)據(jù)流通過串并變換，分配到傳輸速率相對較低的若干個子信道中進行傳輸。 信號的表達式及其正交性 OFDM 的根本思想是通過串并變換把串行的高速數(shù)據(jù)流變成并行的低速數(shù)據(jù)流，其實現(xiàn)的關(guān)鍵就在于保證各個子載波之間的正交性，這也是 OFDM 系統(tǒng)實現(xiàn)的難點。其中實部和虛部分別對應(yīng)于 OFDM 符號的同相分量和正交分量，實際中可與相應(yīng)的子載波分量相乘，構(gòu)成最終的子信道信號和合成的 OFDM 信號。 貴州大學(xué)科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 第 8頁 圖 OFDM 基帶傳輸系統(tǒng)的框圖 [6] 比如可以對式 (22)中的第 j 個子載波進行解調(diào)，并在時間 T 內(nèi)進行積分，如式 (24)所示： 1^0101 e xp( 2 ( ) ) e xp( 2 ( ) )1 e xp( 2 ( ) )ssNtTi s i stiNsjijjd j t t d j t t dtT T Tiji t t dt dTT????????? ? ? ??? ? ???? (24) 由此以及積分的知識可以得出，只有對第 j 個子載波進行解調(diào)可以恢復(fù)出原始信號，而對于其他子載波進行解調(diào)積分，結(jié)果 均為零，這是由于由于在積分區(qū)間 T 內(nèi)，頻率差別產(chǎn)生了整數(shù)倍個周期。當(dāng)接收 端進行解調(diào)時，需要計算每個子載波頻譜的最大值，只要保證子載波沒有發(fā)生頻偏，就可以準(zhǔn)確的解調(diào)出每個子信道上的數(shù)據(jù)。通過離散傅里葉反變換，把頻域數(shù)據(jù)di變成時域的數(shù)據(jù) S(k)，經(jīng)過射頻載波調(diào)制后，發(fā)送到無線信道中。但此時，子載波間的正交性會遭到破壞，這是由于多徑傳播的影響，亦即會產(chǎn)生信道間干擾 （ InterChannelInterference,ICI)，如圖 所示，圖中以兩個子載波為例，其中第二個子載波帶有一定的延時，由圖可知，在這種情況下，第一子載波和第二子載波之間的周期數(shù)之差不在是整數(shù)，也就是不再滿足各子載波間的正交性，因此當(dāng)在接收端解調(diào)第一個載波的信號時，第二個子載波會對其產(chǎn)生一定的干擾；同理，當(dāng)在接收端解調(diào)第二 個子載波的信號時，也會引入第一子載波的干擾 [13]。具體實現(xiàn)方法是將每個符號的后Tg 時間中的樣點復(fù)制到該 OFDM 符號的最前面，從而形成前綴，但在交接點處沒有出現(xiàn)任何間斷。由于 OFDM 符號是由 N 個經(jīng)過調(diào)制的子載波組成，所以其功率譜密度 2()Sf 是由 N 個子載波上的信號功率譜密度之和構(gòu)成的，如式 (28)： 2120s in ( ( ) )1() ()N iii if f TS f d T f f TN ?????? ?? (28) OFDM 符號的功率譜密度存在這樣一個問題，其 帶外輻射的功率比較大 ，即 OFDM符號的 帶外衰減較慢 ，隨著子載波數(shù)量 N 的不斷增加，這個現(xiàn)象有所好轉(zhuǎn)，具體表現(xiàn)在OFDM 符號功率譜密度的下降速度會逐漸增加，即各個子載波功率譜密度主瓣和旁瓣會變窄。然后將 IFFT 輸出的尾部 Tprefix個樣值插入 OFDM 符 子載波為 256 子載波為 512 子載波為1024 貴州大學(xué)科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 第 14頁 號的頭部，將 OFDM 符號頭部的 Tpostfix個樣值插入 OFDM 符號的尾部。雖然增大滾降系數(shù)有利于加快帶外衰減速度，但也帶來了問題，這樣會使 OFDM 系統(tǒng)的抗多徑時延的能力下降。所謂同步就是要求首發(fā)雙方在時間上步調(diào)一致，它是 OFDM 系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一，其性能的好壞直接關(guān)系到整個通信系統(tǒng)的質(zhì)量。 因此在接收機正常工作以前， OFDM 系統(tǒng)要完成以下兩種同步任務(wù)，其一是頻域同步，具體工作是要校正接收信號的載波偏移和系統(tǒng)估計；其二是為減小載波干擾和碼間干擾的影響，需要確定符號定界，并提取最佳的采樣時鐘，即為時域同步。符號同步的具體實施方法是首先由相關(guān)運算獲得同步信號，然后通過一定的檢測方法來得到符號的起始位置。 (3)載波同步：載波同步誤差尤為重要，主要是由于 Doppler效應(yīng)以及振蕩器的不穩(wěn) 貴州大學(xué)科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 第 17頁 定等因素引起的，在接收端收到的信號載波與發(fā)送端發(fā)送的載波在相位和頻率上有偏差。如果頻率偏差是子載波間隔的整數(shù)倍，即為所謂的整數(shù)部分；而當(dāng)載波偏差不是子載波間隔的整數(shù)倍時，即所謂的小數(shù)部分，也稱分?jǐn)?shù)頻偏，此時會造成子信道間的干擾，而整數(shù)部分僅僅使信息符號在信道上平移。 (2)符號定時偏差對 OFDM 系統(tǒng)的影響 : 由于 OFDM 符號采用了插入循環(huán)前綴作為保護間隔的方法，所以只要 其 定時同步的起始時刻在保護間隔內(nèi)變化，便不會造成 ICI和 ISI，但會損失一定的能量。 信道估計技術(shù) 無線通信信道 在介紹 OFDM 系統(tǒng)的信道估計技術(shù)之前，首先要了解 OFDM 系統(tǒng)中信號傳播信道的性能。其中小尺度衰落的類型取決于信號參數(shù) (帶寬，符號速率等 )和信道參數(shù) (多普勒擴展和最大延時擴展等 )。 路徑損耗是指當(dāng)接收機和發(fā)射機之間的距離在較大尺度上發(fā)生變化，此時所接收到的信號的平均功率值與信號傳輸距離的 n 次方具有反比例關(guān)系， n 即 為路徑損耗指數(shù)。這種移動性將帶來一個負(fù)面影響，即導(dǎo)致接收信號的頻率發(fā)生偏移，產(chǎn)生多普勒擴展，造成信號信道的時變特性。采用差分調(diào)制時，在接收端可以做非相干解調(diào)，一般適用于較低的數(shù)據(jù)速率；而當(dāng)數(shù)據(jù)速率較高時，采用相干檢測需要利用信道信息，所以需要在接收端進行信道估計。 基于訓(xùn)練序列的估計算法是指接收機利用已知的信息來進行信道估計，其缺點是訓(xùn)練序列占用了一定的信息比特，從而降低了信道傳輸?shù)挠行浴? 峰均功率比 由于 OFDM 系統(tǒng)采用了正交頻分信道，所以能夠支持高速無線數(shù)據(jù)的傳輸，且不需要復(fù)雜均衡技術(shù)。為了較好解決上述由峰均值功率比過高帶來的問題，有必要深 入研究峰均功率比，進而改善 OFDM 系統(tǒng)性能。根據(jù)時域相乘等效于頻域卷積的原理可知，經(jīng)過限幅的 OFDM 符號的頻譜等于原始信號頻譜與窗函數(shù)頻譜的卷積，所以其帶外頻譜特性主要由兩者之間頻譜寬度較大的信號來決定，即由窗函數(shù)的頻譜決定。將上述方法 貴州大學(xué)科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 第 21頁 進行改進，即壓縮擴張變換，此方法是將小功率信號進行放大，而將大功率信號進行壓縮，這樣可以基本保證發(fā)射信號的平均功率保持不變，因此不僅可以減小系統(tǒng)的峰值平均功率比，還可以使得小功率信號抗干擾能力有所加強 [4]。目前所使用的有選擇性映射方法以及部分傳輸序列方法。在 (n,k)RS 碼中，其中 n 為碼字長度， k 為信息碼元的數(shù)目。本原多項式是指可以除盡 xω+1 的 m 次既約多項式，其中 ω=2m1。其中表中的字母 a 表示伽羅華域中的元素，亦即本原多項式的根。由編碼框圖可得，輸入碼流為由每組 5 個符號組成即 B0,B1,B2,B3,B4 。 (其最大可能的最小距離是校驗元的個數(shù) 加 1， 設(shè)計的距離與實際距離是 一致的。 在傳輸過程中，只有一組發(fā)生錯誤，比如假設(shè) B1組出現(xiàn)錯誤，此時 B1=B1+B1，于是校正方程為： ? 1 0 1 1 2 3 4 0 1 12 3 4 5 6 7 22 0 1 1 2 3 4 0 1 139。S B B B B B B Q Q BS a B a B B a B a B a B a Q a Q a B? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? (310) 從上式可得， S2=a2S1。 交織的作用是將原始數(shù)據(jù)打亂，使交織前后的數(shù)據(jù)序列相關(guān)性很弱，這樣就大大降低了數(shù)據(jù)突發(fā)錯誤 的影響。這是因為 OFDM 技術(shù)本來已經(jīng)利用了多徑信道的分集特性，而均衡技術(shù)的作用主要是補償多徑環(huán)境引起的碼間干擾，所以在這種情況下，應(yīng)用均衡技術(shù)改善 OFDM 系統(tǒng)的性能效果并不理想。 貴州大學(xué)科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 第 27頁 第四章 OFDM 系統(tǒng)的仿真及結(jié)果分析 OFDM 系統(tǒng)的基本原理模型 OFDM 是多載波調(diào)制技術(shù)的一種，它的基本原理就是將待發(fā)送的高速數(shù)據(jù)流通過串并變換，分解成多個子數(shù)據(jù)流，每個子數(shù)據(jù)流具有低得多的傳輸比特速率，并且用這些子數(shù)據(jù)流并行調(diào)制多個相互正交的子載波。但當(dāng)循環(huán)前綴長度很大時，會損失大量能量，對于子載波個數(shù)不是很大的系統(tǒng)尤為明顯。交織的方法有卷積交織和塊交織。 但如如果 S1,S2均不為零，且不滿足上述關(guān)系，就只能 檢錯 2 組。( 39。 RS 碼的糾錯原理 RS 碼具有較強的糾錯能力，當(dāng)接收端接收到 RS 碼后，通過監(jiān)督碼字和信息位構(gòu)成的校正子 (即伴隨多項式 )S1,S2 可 進行糾錯。 RS 碼的主要特點 (1)糾正突發(fā)錯誤的能力很強。 RS 編碼的關(guān)鍵步驟是 產(chǎn)生監(jiān)督碼元， 以 RS(7,5)為例，結(jié)合其 編碼框圖，如圖 所示，具體敘述一下監(jiān)督符號的生成過程。以 m=3 為例，給出伽羅華域的乘法和加法運算，分別如表 和表 所示。如表 為糾正 t 個符號錯誤的 RS 碼的參數(shù)。本文主