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畢業(yè)設(shè)計(論文)-ofdm技術(shù)及其應(yīng)用-預(yù)覽頁

2024-12-05 17:38 上一頁面

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【正文】 ,提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣?,它又采用了一種叫作HomePlug 的處理技術(shù),來對所有將要被發(fā)送數(shù)據(jù)信號位的載波進(jìn)行合并處理,把眾多的單個信號合并成一個獨立的傳輸信號進(jìn)行發(fā)送。此外,糾錯碼的使用還可以幫助其恢復(fù)一些載波上的信息。它將不同載波搬移至零頻,然后在一個碼元周期內(nèi)積分,其他載波信號由于與所積分的信號正交,因此不會對信息的提取產(chǎn)生影響。我們通過選擇滿足一定誤碼率的最佳調(diào)制方式就可以獲得最大頻譜效率。 OFDM 技術(shù)使用了自適應(yīng)調(diào)制,根據(jù)信道條件的好壞來選擇不同的調(diào)制方式 。 OFDM 還采用了功率控制和自適應(yīng)調(diào)制相協(xié)調(diào)工作方式。 自適應(yīng)調(diào)制要求系統(tǒng)必須對信道的性能有及時和精確的了解,如果在差的信道上使用較強(qiáng)的調(diào)制方式,那么就會產(chǎn)生很高的誤碼率,影響系統(tǒng)的可用性。這種并行傳輸體制大大擴(kuò)展了符號的脈沖寬度,提高了抗多徑衰落等惡劣傳輸條件的性能。同時為了提高頻譜利用率,使各子載波上的頻譜相互重疊(如圖 1 所示),但這些頻譜在整個符號周期內(nèi)滿足正交性,從而保證接收端能夠不失真地復(fù)原信號。 第 2 節(jié) OFDM 的 算法理論與基本系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 由上面的原理分析可知,若要實現(xiàn) OFDM,需要利用一組正交的信號作為子載波。用這 M 路并行碼調(diào)制 M 個子載波來實現(xiàn)頻分復(fù)用。設(shè)一個 OFDM符號周期為 T,子載波間隔為 1/T,子載波頻率為 fi=f0+i/T ,i=0,1,? M1,fi為第 i個子載波的頻率, 均為 1/T的整數(shù)倍,則調(diào)制后一個 OFDM的復(fù)基帶信號為: 在接收端,主要由混頻器和積分器完成解調(diào),在不考慮同步誤差及信道干擾的情況下,因為在載波之間相互正交,在一個符號周期內(nèi)有: 則對第 k個在載波進(jìn)行解調(diào),在一個符號周期內(nèi)進(jìn)行積分得 由此看見解調(diào)部分能完全恢復(fù)原始信號。另外,為消除碼間干擾( ISI),在實際 OFDM系統(tǒng)中采用插入循環(huán)前綴( CP)的方法,即將 OFDM符號尾部的一部分復(fù)制后放到符號前面, CP使所傳輸?shù)姆柋憩F(xiàn)出周期性,當(dāng) CP的持續(xù)時間比信號在信道傳輸延遲時間大時,碼間干擾僅僅會干擾OFDM符號體前面的 CP從而消除 ISI[6]。 OFDM每個載波所使用的調(diào)制方法可以不同??煽啃允峭ㄐ畔到y(tǒng)正常運(yùn)行的基本考核指標(biāo),所以很多通信系統(tǒng)都傾 向于選擇 BPSK或 QPSK調(diào)制,以確保在信道最壞條件下的信噪比滿足要求,但是這兩種調(diào)制方式的頻譜效率很低。終端還須定期更新調(diào)制信 息,這也會增加開銷比特。自適應(yīng)調(diào)制要求系統(tǒng)必須對信道的性能有及時和準(zhǔn)確的了解, OFDM系統(tǒng)可以用導(dǎo)頻信號或參考碼字來測試信道的好壞,發(fā)送一個已知數(shù)據(jù)的碼字,測出每條信道的信噪比,根據(jù)這個信噪比來確定最適合的調(diào)制方式。 (2) OFDM技術(shù)能夠持續(xù)不斷地監(jiān)控傳輸介質(zhì)上通信特性的突然變化,由于通信路徑傳送數(shù)據(jù)的能力會隨時間發(fā)生變化,所以 OFDM能動態(tài)地與之相適應(yīng),并且接通和切斷相應(yīng)的載波以保證持續(xù)地進(jìn)行成功的通信; (3) 該技術(shù)可以自動地檢測到傳輸介質(zhì)下哪一個特定的載波存在高的信號衰減或干擾脈沖,然后采取合適的調(diào)制措施來使指定頻率下的載波進(jìn)行成功通信; (4) OFDM技術(shù)特別適合使用在高層建筑物、居民密集和地理上突出的地方以及將信號撒播的地區(qū),高速的數(shù)據(jù)傳播及播音都希望刪除多路影響的地方。因此,如果衰落不是特別嚴(yán)重,就沒有必要再添加時域均衡器。 OFDM 自適應(yīng)調(diào)制機(jī)制使不同的子載波可以按照信道情況和噪音背景的不同使用不同的調(diào)制方式。因此, OFDM 技術(shù)非常適合高速數(shù)據(jù)傳輸。 OFDM由于采用了循環(huán)前綴,對抗碼間干擾的能力很強(qiáng)。OFDM技術(shù)既可用于移動的無線網(wǎng)絡(luò),也可以用于固定的無線網(wǎng)絡(luò),它通過在樓層、使用者、交通工具和現(xiàn)場之間的信號切換,有效地解決了其中的信息沖突問題。針對這一點,有人提出基于小波 /小波包的正交多載波調(diào)制技術(shù),作為對基于 DFT的多載波調(diào)制技術(shù) OFDM的發(fā)展和改進(jìn)。同時作為一個充滿希望與潛力的新研究領(lǐng)域關(guān)于小波 /小波包調(diào)制技術(shù)有許多問題尚待進(jìn)一步研究 第 2章 OFDM 技術(shù)在各個領(lǐng)域中的應(yīng)用 第 1 節(jié) 高清晰度數(shù)字電視廣播 OFDM 在數(shù)字廣播電視系統(tǒng)中取得了廣泛的應(yīng)用,其中數(shù)字音頻廣播( DAB)標(biāo)準(zhǔn)是第一個正式使用 OFDM 的標(biāo)準(zhǔn)。 因此不難看出, OFDM 技術(shù)良好的性能使得它在很多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。另外, IEEE 無線局域網(wǎng)工作于 ISM 免許可證頻段,分別在 和 兩個頻段定義了采用 OFDM 技術(shù)的 IEEE 和 IEEE 標(biāo)準(zhǔn),其最高數(shù)據(jù)傳輸速率提高到 54Mbps。 計劃采用 MIMO 與 OFDM 相結(jié)合,使傳輸速率成倍提高。 IEEE 計劃將 WLAN 的傳輸速率從 和 的 54Mbps 增加至 108Mbps 以上,最高速率可達(dá) 320Mbps,成為 一場重頭戲。 IEEE 工作組專門負(fù)責(zé) BWA 方面的技術(shù)工作,它已經(jīng)開發(fā)了一個 2GHz~ 11GHz BWA 的標(biāo)準(zhǔn) —IEEE ,物理層就采用了OFDM 技術(shù)。其中由 WiLAN 公司倡導(dǎo)的OFDM 論壇,有 50 多個成員,其中有如 Breeze、startup BeamReach Networks 和 Nokia 等參加,主要是協(xié)調(diào)提交到 IEEE 的 OFDM 提案。在寬帶接入系統(tǒng)中,由于 OFDM 系統(tǒng)具備良好的特性,將成為下一代蜂窩移動通信網(wǎng)絡(luò)的有力支撐。為了推動 3G 的發(fā)展,人們開始研究將 OFDM 技術(shù)的優(yōu)勢引入到CDMA 系統(tǒng)中,推出 MCCDMA 技術(shù)。由于多載波調(diào)制的特性,它將高速率信號分割成多個低速率信號,使得信號波形間的干擾得 到消除,因此可以不需要均衡。 第 3章 OFDM 技術(shù)在設(shè)備制造和運(yùn)行中的優(yōu)勢 ● 該技術(shù)可以處理多體數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的異步特性,可以提供比傳統(tǒng)多址技術(shù)更高的容量,并且可以抗信道的頻率選擇性衰落; ● 該技術(shù)能夠持續(xù)不斷地監(jiān)控傳輸介質(zhì)上通信特性的突然變化。試驗系統(tǒng)已在運(yùn)行,很快吸引了大量聽眾。 當(dāng)前國際上全數(shù)字高清晰度電視傳輸系統(tǒng)中采用的調(diào)制技術(shù)中就有 OFDM 技術(shù),歐洲 HDTV 傳輸系統(tǒng)已經(jīng)采用 COFDM( coded OFDM-編碼 OFDM)技術(shù)。在未來的寬帶接入系統(tǒng)中, OFDM是一項基本技術(shù)。如,在 OFDM信號中加入的保護(hù)時間提供的靈活性可以使得在 不同小區(qū)中易于達(dá)到最佳的頻譜利用率。( 3)高抗干擾性。世界各國許多大公司、研究團(tuán)體已經(jīng) 充分認(rèn)識到 OFDM技術(shù)的應(yīng)用前景。 可以看出, OFDM 技術(shù)具有良好的應(yīng)用前景。 從移動通信系統(tǒng)提 供的傳輸速率來看,第一代模擬系統(tǒng)提供模擬語音服務(wù)和簡單的信令;第二代數(shù)字NCDMA 兩個系統(tǒng)為代表,主要傳輸數(shù)字語音,當(dāng)然可以同時使用多個時隙實現(xiàn)相對較高速率的數(shù)據(jù)通信;而第三代移動通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速率最高可達(dá)2Mbps,其中,靜止環(huán)境為 2Mbps,慢速移動環(huán)境為384Mbps,快速移動環(huán)境為 144Mbps,衛(wèi)星移動通信為 ;下一代( 4G)移動通信系統(tǒng)預(yù)計系統(tǒng)速率可達(dá)到 20Mbps,甚至更高,國際電信聯(lián)盟正在著手有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的組織工作。許多世界著名通信公司已經(jīng)投入巨資研究下一代移動通信系統(tǒng)。 在功能方面主要有以下要求: ( 1)支持下一代因特網(wǎng)和所有的信息設(shè)備、家用電器等; ( 2)實現(xiàn)與固定網(wǎng)或?qū)S镁W(wǎng)的無縫化連接; ( 3)能通過中間件支持和開通多種多樣的 IP 業(yè)務(wù); ( 4)能提供用戶定義的個性化服務(wù); ( 5)按服務(wù)級別收費。為了能在下一代移動通信中有效解決這一問題,可采用頻譜利用率高,抗多徑衰落性能好的 OFDM 技術(shù),以取代復(fù)雜而昂貴的自適應(yīng)均衡器。而正交頻分復(fù)用( OFDM)系統(tǒng)則使各子載波早期采用正交濾波器將信道分成多個子信道,但要用尤其是當(dāng)路數(shù)增多的時候。令插入 CP 對應(yīng) G 個碼元,則發(fā)送符號幀 s 可表示為: S={Xng,Xng+1,……Xn 1,X0,X1,……Xn 1} 經(jīng)過信道后,接收端移走接收到的符號幀 S\中的前 G 個碼元,得到由 N 個碼元組成的 OFDM 符號幀 y。 當(dāng)然,為了進(jìn)一步提高實際系統(tǒng)性能,通常還將增加頻域交織、時域交織、導(dǎo)頻和信道編解碼等功能模塊。 在上行鏈路中,來自不同移動終端的信號必須同步到達(dá)基站,才能保證子載波間的正交性。由于無線信道常常是衰落信道,需要不斷對信道進(jìn)行跟蹤,因此導(dǎo)頻信息也必須不斷的傳送。對于衰落信道中的隨機(jī)錯誤,可以采用信道編碼;對于衰落信道中的突發(fā)錯誤,可 以采用交織。編碼可以采用各種碼,如分組碼、卷積碼等,卷積碼的效果要比分組碼好。為了解決這一問題,人們提出了基于信號畸變技術(shù)、信號擾碼技術(shù)和基于信號空間擴(kuò)展等降低 OFDM系統(tǒng) PAPR的方法。但是,CP 長度過長必然導(dǎo)致能量大量損失,尤其對子載波個數(shù)不是很大的系統(tǒng)。 第 5章 OFDM 技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀與前景 20世紀(jì) 60年代 OFDM的多路數(shù)據(jù)傳輸已被成功地用于高頻軍事通信系統(tǒng)。很多國家的全數(shù)字高清晰度電視傳輸系統(tǒng)( DVB- T)也采用了 OFDM技術(shù)。另外,在電力線通信領(lǐng)域, OFDM也將作為主要的調(diào)制技術(shù)被采納。 VOFDM由 Cisco公司支持,WOFDM則由 WiLAN公司提出,構(gòu)成了 OFDM的兩大陣營:寬帶無線 Inter論壇( BWIF)和 OFDM論壇,它們力圖使自己的 OFDM模式成為標(biāo)準(zhǔn)。 ( 1) VOFDM VOFDM技術(shù)通過在 OFDM傳輸系統(tǒng)中采用陣列天線實現(xiàn)空間分集,提高了信號質(zhì)量,是聯(lián)合 OFDM和空時處理而得到的一種新技術(shù)。Iospan的技術(shù)基于 Stanford大學(xué) A. Paulraj教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組在多輸入多輸出( MIMO),即空時信號處理方面的研究工作。 ( 2) WOFDM WiLAN公司發(fā)明的寬帶 OFDM是 IEEE 的基礎(chǔ),同時它也提出了 。與無此操作的 WOFDM符號相比,使發(fā)射信號變化變小,所以信號 “白化 ”降低了信號動態(tài)范圍,使系統(tǒng)對射頻功率放大器線性度要求降低。如果把速率升至 45Mbit/s,只需改變 DSP中的軟件,選擇 64QAM的調(diào)制方式即可,無需改變硬件。flashOFDM采用 FDD雙工方式,工作頻段從220MHz~ 。除了跳頻外,為解決小區(qū)間干擾,采用了功率控制,用戶只發(fā)射能有效通信的功率。隨著人們對于通信數(shù)據(jù)化、寬帶化、個人化和移動化的需求, OFDM技術(shù)在固定無線接入領(lǐng)域和移動接入領(lǐng)域?qū)⒃絹碓降玫綇V泛的應(yīng)用。對這些方面的研究是當(dāng)前一個非?;钴S的研究領(lǐng)域,有 許多課題需要我們做進(jìn)一步的深入研究。學(xué)生無限感激,永遠(yuǎn)銘記在心。 最后,向所有熱情幫助過我的各位老師和同學(xué)致以由衷的感謝,我會以我的實際行動來答謝你們給予我的幫助。在進(jìn)行畢設(shè)的同時,我還學(xué)到了許多新的知識 。 我們的生活正一天一天的變地更好 ,信息 化已經(jīng)不再是遙遠(yuǎn)的夢想,即使在中國的廣大農(nóng)村和中小城鎮(zhèn),人們也已經(jīng)可以感覺到現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)給他們帶來的巨大的好處
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