【正文】 而構(gòu)成一個(gè)正交多載波傳輸系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在信道上的并行傳輸。這一特點(diǎn)意味著通信系統(tǒng)能以更窄的頻帶傳送更高速率的數(shù)據(jù)，因此，在頻譜資源有限的高速無(wú)線通信環(huán)境中， OFDM 技術(shù)具有更加顯著的優(yōu)越性。但是由于當(dāng)時(shí)受到實(shí)時(shí)傅立葉變換設(shè)備的復(fù)雜度、發(fā)射機(jī)和接收機(jī)振蕩器的穩(wěn)定性以及射頻功率放大器線性范圍等相關(guān)技術(shù)條件的限制， OFDM 技術(shù)沒(méi)有得到廣泛的應(yīng)用。目前 OFDM 作為核心技術(shù) 已被多種有線和無(wú)線接入標(biāo)準(zhǔn)采納，主要包括 ADSL，無(wú)線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)字音頻廣播 (DAB， Digital Audio Broadcasting)、數(shù)字視頻廣播(DVB， Digital video Broadcasting)、無(wú)線城域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn) 等。它通過(guò)衛(wèi)星、電纜或地面微波將數(shù)字化的電視節(jié)目和其它服務(wù)信息進(jìn)行傳送。 ETSIBRAN 的局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)把 OFDM 定為它的調(diào)制標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)?？偟膩?lái)說(shuō)，基于 OFDM 技術(shù)的無(wú)線通信系統(tǒng)具有許多其它技術(shù)所無(wú)法超越的優(yōu)越性，主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：抗衰落能力強(qiáng)；頻譜利用率高；用傅立葉變換對(duì)來(lái)完成系統(tǒng)基帶的調(diào)制與解調(diào)，使系統(tǒng)的復(fù)雜度和設(shè)計(jì)更為簡(jiǎn)單、靈活和方便；高速數(shù)據(jù)流通過(guò)串并轉(zhuǎn)換，可以有效地減小無(wú)線信道的時(shí)間彌散帶來(lái)的 ISI；可以在某種程度上抵抗窄帶干擾等。目前有很多降低 OFDM 系統(tǒng)中高的峰均比的方法，如限幅法、編碼技術(shù)、壓縮擴(kuò)展技術(shù) (Companding Technique)、 北京航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 10 頁(yè) 概率類方法中的選擇映射法 (selective Mapping， SLM)、部分傳輸序列法 (Partial Transmit Sequence， PTS)和信號(hào)空間擴(kuò)展技術(shù)等等，這些方法在一 定程度上都能降低 OFDM 系統(tǒng)中高的峰均比，但是都存在著一些缺陷。概率類技術(shù)不是著眼于降低信號(hào)幅度的最大值，而是降低峰值出現(xiàn)的概率，一般而言，該類技術(shù)會(huì)帶來(lái)信息冗余，缺點(diǎn)是計(jì)算復(fù)雜度太大，要進(jìn)行多次 IFFT 運(yùn)算，并且需要安全地傳送邊帶信息。 ，我對(duì)畢設(shè)各相關(guān)技術(shù)有了一定了解，成功編寫出 Matlab 代碼，對(duì) SLM 算法進(jìn)行了仿真。 第 2 章詳細(xì)介紹了 OFDM 的基本原理，包括 OFDM 的數(shù)學(xué)表示、 OFDM 多載波調(diào)制 OFDM 的循環(huán)前綴以及 OFDM 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖等。 第 6 章介紹了 OFDM 數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)以及發(fā)射端各個(gè)模塊的功能，給出發(fā)射端模塊工作情況，討論其 FPGA 實(shí)現(xiàn)的可行性。信道的多徑傳播會(huì)引起信號(hào)在時(shí)間上展寬并導(dǎo)致頻率選擇性衰落。而對(duì)于高速數(shù)據(jù)傳輸，難以滿足信號(hào)帶寬小于相干帶寬，從而引起頻率選擇性衰落，造成碼間干擾 (ICI)。 OFDM 的基本思想就是把高速的數(shù)據(jù)流通過(guò)串并變換，分配到 傳輸速率相對(duì)較低的若干個(gè)子信道中進(jìn)行傳輸。從頻譜資源利用的角度上看，這種實(shí)現(xiàn)方式無(wú)疑是很不經(jīng)濟(jì)的。接收機(jī)解調(diào)器也可以由這樣一組正交信號(hào)在 [0,T]內(nèi)分別與發(fā)送信號(hào)進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算而實(shí)現(xiàn)解調(diào)。所得到的波形可由式（ ）表示： 10( ) [ ( ) c o s 2 ( ) s in 2 ]Mmmmd t A m f t B m f t??????? （ ） 式中： 0 。從圖 看出每個(gè)子載波之間相差一個(gè)周期，這一特性可以用來(lái)解釋子載波之間的正交性 。在每一子載波頻率的最大值處所有其他子信道的頻譜值恰好為零。 OFDM 系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn) OFDM 是對(duì)高速率的串行數(shù)據(jù)進(jìn)行頻分復(fù)用 ，這樣來(lái)實(shí)現(xiàn)并行傳輸?shù)囊环N多載波傳輸方式。當(dāng)子信道的符號(hào)由矩形時(shí)間脈沖組成時(shí)，每個(gè)調(diào)制載 波的頻譜為 Sa(x)函數(shù)形狀。 ②可以有效地對(duì)付多徑效應(yīng)產(chǎn)生的那些不利影響，對(duì)于給定的時(shí)延擴(kuò)展，其實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度遠(yuǎn)小于具有均衡器的單載波系統(tǒng)。隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展， IFFT 是非常容易實(shí)現(xiàn)的。 【 5】 OFDM 系統(tǒng)由于有多個(gè)正交子載波，而且其輸出信號(hào)是多個(gè)子信道信號(hào)的疊加，因此與單載波系統(tǒng)相比，存在如下主要缺點(diǎn)： ①易受頻率偏差與相位噪聲的影響。 ②存在較高的峰值平均功率比。 北京航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 18 頁(yè) 第 3 章 峰值功率比的定義與分布 OFDM 系統(tǒng)采用多載波傳輸方式，在時(shí)域上 OFDM 信號(hào)為 N 個(gè)正交子載波信號(hào)的疊加。若不然， OFDM 信號(hào)的峰值變化范圍超出器件的線性控制范圍，則會(huì)引起 OFDM 信號(hào)失真，明顯地產(chǎn)生帶內(nèi)失真和帶外輻射，從而導(dǎo)致系統(tǒng)誤碼率的快速升高。由中心極限定理可知，當(dāng)子載波數(shù)比較大時(shí)， OFDM 信號(hào)的實(shí)部和虛部近似為高斯分布，其振幅大小將趨于瑞利分布，其包絡(luò)具有不穩(wěn)定性 [1]。 OFDM 系統(tǒng)峰值平均功率比的定義與概率分布 PAPR 的定義 OFDM 是多載波系統(tǒng)，所以與單載波系統(tǒng)相比， OFDM 系統(tǒng)符號(hào)是由多個(gè) 北京航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 19 頁(yè) 獨(dú)立的經(jīng)過(guò)調(diào)制的子載波信號(hào)疊加而成的，所以合成的 OFDM 信號(hào)產(chǎn)生較大的峰值功率的可能性就比較大，即 OFDM 發(fā)射機(jī)輸出的 OFDM 信號(hào)的瞬時(shí)功率值會(huì)有較大的波動(dòng)，因而帶來(lái)較大的峰值平均功率比 (peaktoaveragepowerratio,簡(jiǎn)稱 PAPR)，簡(jiǎn)稱峰均比。由此可見隨著子載波數(shù) N 的增大， PAPR 也會(huì)快速增長(zhǎng)。所以對(duì) OFDM 符號(hào)實(shí)施過(guò)采樣是非常必要的，但同時(shí)，這樣操作會(huì)破壞采樣符號(hào)間的非相關(guān)性，即會(huì)使采樣符號(hào)間存在一定的相關(guān)性。 圖 為子載波個(gè)數(shù) N= 6 25 1024 情況下，采用 QAM 調(diào)制的 OFDM 系統(tǒng)中互補(bǔ)累積分布函數(shù) (CCDF)的曲線圖。 北京航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 21 頁(yè) 圖 不同 N 的 CCDF 曲線 The CCDF curves of different N 過(guò)采樣及過(guò)采樣因子的選擇 一般在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)出現(xiàn)這樣一個(gè)問(wèn)題：當(dāng)對(duì)一個(gè) OFDM 符號(hào)進(jìn)行子載波數(shù)次（ N 次）采樣，或者 N 點(diǎn) IFFT 運(yùn)算所得到的輸出樣值，不能反映真實(shí)的連續(xù) OFDM 符號(hào)的變化特性。過(guò)采樣的具體方法是：在原有的輸入數(shù)據(jù)中間添加（ k1） N個(gè)零點(diǎn)，構(gòu)成 kN 個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)，然后對(duì) kN 個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行 kN 點(diǎn) IDFT 運(yùn)算，得到kN 個(gè)輸出樣值，然后進(jìn)行 D/A 變換，得到一個(gè)模擬的連續(xù)的 OFDM 信號(hào)。不過(guò)，過(guò)采樣倍數(shù)越大，計(jì)算量越大，當(dāng)采用 4 倍過(guò)采樣時(shí)，離散信號(hào)的峰均比非常接近連續(xù)信號(hào)的峰均比，采用 8， 16 倍過(guò)采樣時(shí)幾乎與 4 倍過(guò)采樣曲線重合，所以對(duì)離散信號(hào)進(jìn)行 4 倍過(guò)采樣估計(jì)連續(xù)信號(hào)的峰值，是在復(fù)雜度和精確度上的一個(gè)最優(yōu)結(jié)合點(diǎn)。這種方法的缺點(diǎn)在于可供使用的編碼圖樣比較少，特別是當(dāng)子載波數(shù)量 N 較大時(shí)，編碼效率會(huì)較低，第三類是概率類技術(shù)，通過(guò)對(duì)一個(gè) OFDM 符號(hào)加以不同的加擾序列來(lái)選擇具有最小 PAPR 的 OFDM 信號(hào)進(jìn)行傳輸。首先，對(duì) OFDM 符號(hào)的幅度進(jìn)行畸變，會(huì)為系統(tǒng)造成自身干擾，導(dǎo)致系統(tǒng)的 BER性能降低 。 限幅在對(duì)抑制 OFDM 系統(tǒng)中 PAPR 這方面是一種很有效的方法。 北京航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 24 頁(yè) 下面給出了限幅的基本原理，其中式中 C 是限幅門限值，當(dāng) OFDM 時(shí)域信號(hào) Xu的幅度大于該門限值，則將其幅度值縮減為 c，相位保持不變當(dāng) OFDM 時(shí)域信號(hào) Xo 的幅度不大于該門限值，則保持原信號(hào)不變，從而到限幅后的信號(hào)Xu。由此可以看出限幅 法的簡(jiǎn)單明顯的直接處理效果。 (2) OFDM 信號(hào)的非線性畸變會(huì)導(dǎo)致帶外輻射功率值的增加，其原因在于限幅操作可以被認(rèn)為是 OFDM 采樣符號(hào)與矩形窗函數(shù)相乘。 北京航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 26 頁(yè) 下面用一個(gè)例子予以說(shuō)明。為此可以選用以下 16 組碼字中的子集 C={0001， 0010，0100， 0111， 1000， 20xx， 1102， 1120}作為傳輸碼字。例如考慮子載波數(shù) N=128， QPSK 映射方式的 OFDM 系統(tǒng)，則可能傳輸?shù)拇a字有 4128= 護(hù) 7 個(gè)之多，所以如果直接搜索的話，這么大的計(jì)算量在現(xiàn)今的條件下是非常困難的，幾乎不可行。下面介紹幾種典型性的概率性方法。進(jìn)行 IFFT 變換，將其從頻域轉(zhuǎn)換到時(shí)域 ， 然后采用窮盡的方法選擇出最優(yōu)的 Ri，使得疊加后的信號(hào) yi幅度因數(shù)最小。 北京航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 30 頁(yè) 第 5 章基于 SLM 的減小 OFDM 系統(tǒng) PAPR 的方法 研究減小 OFDM 系統(tǒng)的 PAPR 的方法有好幾種。但是， SLM 方法也有一些不足之處，本章將先介紹 SLM 方法，并分析 SLM 算法的優(yōu)缺點(diǎn)。公式（ ）就是 SLM 方法的理論 CCDF 特性。解決這個(gè)問(wèn)題最直接的方法就是將這個(gè)序列對(duì)應(yīng)的標(biāo)號(hào) d 作為附加信息發(fā)送到接收端。 北京航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 32 頁(yè) 圖 SLM 原理框圖 Block diagram of the SLM algorithm SLM 仿真結(jié)果分析 以下給出對(duì) SLM 算法的仿真。 1,177。 圖 D=4 時(shí)的 PAPR 抑制效果 PAPR performance of SLM with D=4 北京航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 33 頁(yè) D 取不同值時(shí)的誤碼率曲線比較 ： 從圖 可以看出這 6 條曲線幾乎完全重合在一起，因?yàn)?SLM 采用的是線性變換，只要附加信息準(zhǔn)確無(wú)誤地發(fā)送到接收端，就不會(huì)對(duì) OFDM 信號(hào)誤碼率產(chǎn)生影響。在實(shí)際的應(yīng)用中，峰均比抑制模塊并不能僅僅只考慮它的峰均比抑制效果和對(duì)系統(tǒng)誤碼性能的影響，我們同時(shí)也應(yīng)考慮實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度等問(wèn)題。 DVBT 系統(tǒng)采用了正交頻分復(fù)用 (Orthogonal Frequency Division Multipexing， OFDM)作為其傳輸?shù)年P(guān)鍵技術(shù)。我國(guó)的地面數(shù)字電視傳輸標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)用了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的單載波和多載波方案的融合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，其中多載波部分采用了 OFDM技 術(shù)，在歐洲 DVBT 的基礎(chǔ)上重新設(shè)計(jì)了系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)，使用了創(chuàng)新的向前糾錯(cuò)編碼技術(shù)，進(jìn)一步提高了移動(dòng)接收能力。 Turbo 碼的編解碼性能能夠逼近 Shannon。發(fā)射端總體框圖如圖 所示： 圖 系統(tǒng)發(fā)射端總體結(jié)構(gòu)圖 Block diagram of DVBT2 system 根據(jù)圖 簡(jiǎn)要介紹發(fā)射端各個(gè)模塊功能如下： （ 1）信源接口模塊：將機(jī)載數(shù)據(jù)采集單元采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)接，轉(zhuǎn)換成機(jī)載 OFDM 發(fā)射機(jī)能夠發(fā)送的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。然而 OFDM 有一個(gè)致命的缺陷就是對(duì)符號(hào)偏差和載波頻率偏差很敏感，因此較準(zhǔn)確的符號(hào)同步和精確的頻率同步是保證 OFDM 系統(tǒng)正常工作的前提。 DVBT2 標(biāo)準(zhǔn) 簡(jiǎn)介 經(jīng)過(guò)多年的研究和發(fā)展，數(shù)字電視技術(shù)己經(jīng)成熟，將全面取代模擬電視，成為新興的信息支柱產(chǎn)業(yè)之一。 圖 D 取不同值時(shí)的誤碼率曲線比較 【 14】 BER performance of SLM with different D 北京航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 34 頁(yè) 第 6 章 硬件實(shí)現(xiàn) OFDM 系統(tǒng)中峰均比抑制方案研究 峰均比抑制模塊是 OFDM 系統(tǒng)中的一個(gè)非常重要的部分，該模塊能對(duì)OFDM 信號(hào)的峰值進(jìn)行有效的抑制而避免由于功率放大器的非線性產(chǎn)生的嚴(yán)重帶外干擾。仿真結(jié)果見下圖。這里隨機(jī)產(chǎn)生 4 個(gè)向量 P (4)。如果發(fā)送端對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了信道編碼，那么無(wú)需發(fā)送任何附加信息，此時(shí)可以在接收端采用 N 個(gè)譯碼器（每個(gè)譯碼器分別對(duì)應(yīng)某個(gè)向量），通過(guò)選擇最可能的譯碼結(jié)果就可以恢復(fù)原始數(shù)據(jù)。定義 D 個(gè)不同的向量 將這些向量的元素分別調(diào)制到 N 個(gè)子載波上，就得到 D 個(gè)包含相同有用信息 的 OFDM 幀，即： （ ） 接著將 D 個(gè) OFDM 幀變換到時(shí)域，然后選擇其中 PAPR 最小的發(fā)送。