【正文】 and analysis, also discussed the bination of OFDM and CDMA, and yet at the same time, the application of OFDM in wireless munication has made the certain analysis.Keywords: OFDM。 multipath interference。無線信道的一個(gè)重要特點(diǎn)是多徑傳播，這會使得信號在接受處產(chǎn)生重疊而引起碼間干擾。這說明OFDM適合在多徑環(huán)境和頻率選擇性衰落信道的高速數(shù)據(jù)傳輸中應(yīng)用。而多載波通信系統(tǒng)就是將一個(gè)高速的數(shù)據(jù)流分成若干個(gè)子數(shù)據(jù)流，然后將這些低速的數(shù)據(jù)流調(diào)制到相應(yīng)的子載波上去，從而構(gòu)成一個(gè)由多路低速數(shù)據(jù)并行傳輸?shù)南到y(tǒng)。而且當(dāng)子信道個(gè)數(shù)相當(dāng)大的時(shí)候，大量分離的各個(gè)子信道信號的濾波器的設(shè)置就成了完全不可能的事情。由于OFDM的各個(gè)子載波之間相互正交，可采用的FFT(快速傅里葉變換)實(shí)現(xiàn)這種調(diào)制，但在實(shí)踐應(yīng)用中，實(shí)施傅里葉變換設(shè)備的計(jì)算度、發(fā)接器件的振蕩器的穩(wěn)定性以及射頻功率放大器的線性要求等因素都限制了OFDM技術(shù)的進(jìn)一步推廣。在研究OFDM技術(shù)之前我們可以先了解一下OFDM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，如圖11所示，從整體上了解OFDM系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。所以必須進(jìn)行串/并變換，將輸入串行比特轉(zhuǎn)換為可以傳輸?shù)腛FDM符號。在每個(gè)OFDM符號內(nèi)插入相應(yīng)的保護(hù)間隔后，可以實(shí)現(xiàn)消除碼間干擾。一些要求是相互矛盾的。同時(shí)OFDM使用時(shí)域相互正交的子載波方式，子載波之間可以相互混疊，但是在接受端仍然可以被分離出來，大大提高了頻譜的利用率。T表示符號周期； 在理論分析中，OFDM符號表達(dá)式示為式（22）。 （23） 假設(shè)在一個(gè)周期范圍內(nèi)各個(gè)子載波發(fā)送的都是矩形信號的波形被限制，則各個(gè)子載波的信號的頻譜圖為抽樣函數(shù)。因此，根據(jù)時(shí)域頻域?qū)ε缄P(guān)系，通常OFDM系統(tǒng)中引起的符號間干擾（ISI），卻變成了子載波間干擾(ICI)。如圖23所示。這主要是因?yàn)樵贔FT積分時(shí)間里，兩個(gè)子載波的周期不再保持整數(shù)倍，因而不能保證正交性。假設(shè)OFDM信號經(jīng)過兩徑衰落信道，采用BPSK調(diào)制。但從圖25中可以看出符號邊界發(fā)生尖銳的相位跳變。常用的窗函數(shù)是升余弦滾降窗，定義為： （26）式中， 表示滾降因子； 表示OFDM符號周期。最后升余弦滾降窗函數(shù)相乘，與前一個(gè)OFDM符號 區(qū)域內(nèi)的樣值疊加，形成最終的信號形式。信道描述了信號從發(fā)送端到接收端所經(jīng)歷的一切媒介，包括從發(fā)射機(jī)到接收機(jī)之間信號傳播所進(jìn)過的物理煤質(zhì)，像光纜信道、電纜信道、無線信道等等。 在OFDM系統(tǒng)中信道估計(jì)器的設(shè)計(jì)理念主要涵蓋兩個(gè)方面：一是導(dǎo)頻信息的選擇以及發(fā)送時(shí)機(jī)的把握，因無線信道具有時(shí)變性，使得一定要連續(xù)不斷的發(fā)送導(dǎo)頻信號；二是在確定導(dǎo)頻發(fā)送方式和信道估計(jì)原則后，為了使均方誤差最小，需要尋找合適的信道估計(jì)器，同時(shí)在復(fù)雜度和良好的導(dǎo)頻性能間取最佳方案。 通過對信道的估計(jì)算法，接收機(jī)能夠獲得信道的沖激響應(yīng)。塊狀導(dǎo)頻主要在慢衰落的無線信道中使用，周期性地在時(shí)域內(nèi)插入多個(gè)特定的OFDM符號，不需要在接受端進(jìn)行頻域內(nèi)的插值，所以這種導(dǎo)頻在時(shí)間方案下對頻率選擇性的選擇程度不高。 為了保證可以使用信道的變化，導(dǎo)頻密度能夠參考二維奈奎斯特采樣定理。在把加性高斯白噪聲為背景的條件下，當(dāng)M個(gè)導(dǎo)頻的位置為{I,i+N/M,……，i+(M1)N/M},i=0,1,……，N/(M1)時(shí)，能夠得到信道信息的最小均方誤差估計(jì)。 插入導(dǎo)頻符號同樣會帶來資源浪費(fèi)，由插入導(dǎo)頻帶來的資源浪費(fèi)可以表示為 （33） 所以其信噪比損失為： （34） 信道估計(jì)的算法 最小二乘估計(jì)(LS) 要運(yùn)用LS估計(jì)算法，就是要求 。與最小二乘估計(jì)比較，MMSE估計(jì)算法性能有10～15dB的增益，MMSE估計(jì)算法需要對矩陣求逆，在OFDM系統(tǒng)子載波有較大數(shù)目的情況下，矩陣的運(yùn)算量也會變的相當(dāng)巨大，實(shí)現(xiàn)起來相當(dāng)困難。對于單載波系統(tǒng)，載波頻率的移動偏差只會造成接受端相應(yīng)的衰減和相位轉(zhuǎn)移，這能夠利用均衡等方法克服。其二是頻域同步，這要求必須正確估計(jì)出載波偏移，由于任何的載波偏移都會引起載波間干擾。雖然這個(gè)時(shí)刻子載波之間仍然相互正交，但是OFDM信號的頻譜結(jié)構(gòu)發(fā)生了錯(cuò)位，從而將導(dǎo)致對系統(tǒng)的嚴(yán)重影響。任何的頻率偏移都會引起載波干擾。 時(shí)間同步誤差的影響相比與頻率誤差，時(shí)間同步誤差不會導(dǎo)致子載波間干擾。假如時(shí)域偏移誤差剛剛好是采樣時(shí)間間隔的整數(shù)倍，即 ，那相應(yīng)的相位偏移則為 ，式中N為FFT數(shù)據(jù)處理的長度。CP1CP2Data1Data2超前放置FFT處理窗延遲放置FFT處理窗TgT圖42 FFT處理器位置與OFDM符號時(shí)序的相對關(guān)系如圖42所示，保護(hù)時(shí)間和有效數(shù)據(jù)采樣形成一個(gè)OFDM符號，前面是保護(hù)時(shí)間，隨后是有效數(shù)據(jù)。 OFDM系統(tǒng)中的各種同步算法 一般來說，同步分為捕獲和跟蹤兩個(gè)階段。 OFDM同步算法可以分為以下幾類：1. OFDM數(shù)據(jù)幀和符號的粗同步算法，這一般要依賴發(fā)送數(shù)據(jù)流中額外的多余信息來實(shí)現(xiàn)。3. OFDM頻域捕獲算法，這能夠提供初始頻率誤差估計(jì)，只有當(dāng)頻率捕獲足夠準(zhǔn)確時(shí)，才能夠支持后續(xù)的頻率跟蹤。當(dāng)然也可以通過將頻域同步子載波嵌入到數(shù)據(jù)符號中，來測試相鄰OFDM符號的相位偏移。具有重疊的子載波頻譜，接收端利用個(gè)子載波間的相互正交性解調(diào)發(fā)送的數(shù)據(jù)。OFDM由于其抗多徑衰落的能力強(qiáng)，頻譜利用率高，成本低等原因，當(dāng)代它越來越受到人們的關(guān)注。 OFDM技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)與不足 OFDM技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)（1）頻譜利用率高 由于FFT處理能夠使各個(gè)子載波部分重疊，因而理論上可以接近奈奎斯特極限。而OFDM是將高速的數(shù)據(jù)流分解成低速的數(shù)據(jù)流傳輸，即將寬帶傳輸轉(zhuǎn)化為很多子載波上的窄帶傳輸，每個(gè)子載波上的信道可以看做水平衰落信道，這樣很大程度的降低了接收機(jī)均衡器的復(fù)雜度。隨著當(dāng)代移動通信寬帶化，特別是現(xiàn)階段中國移動建設(shè)的LTE網(wǎng)絡(luò)中，OFDM系統(tǒng)對大帶寬的有支持這一優(yōu)點(diǎn)得到了很大程度的利用。 OFDM技術(shù)的不足 （1）OFDM對頻率偏移和系統(tǒng)定時(shí)較為敏感 頻率偏移是由收發(fā)設(shè)備的本地載頻之間的偏差、信道的多普勒頻移等引起的，且當(dāng)子載波間隔的整數(shù)倍和子載波間隔的小數(shù)倍發(fā)生偏移而形成。假如定時(shí)偏差量與最大時(shí)延擴(kuò)展的長度之和比循環(huán)前綴的長度大，這時(shí)會有部分?jǐn)?shù)據(jù)信息丟失，而且最為嚴(yán)重的子載波相互間的正交性也隨之被破壞，隨著就會出現(xiàn)ISI和ICI，這也是影響系統(tǒng)性能的關(guān)鍵因素。通過采用OFDM技術(shù)，這使得DAB在頻譜利用率方面具有優(yōu)越性。下面給出DAB信號形成框圖以便理解。擾碼器RS外編碼外交織卷積內(nèi)編碼內(nèi)交織QAM映射插入導(dǎo)頻插入保護(hù)間隔D/A轉(zhuǎn)換RF發(fā)射機(jī)圖52 DVB系統(tǒng)的發(fā)射框圖模擬前綴信號、與A/D轉(zhuǎn)換 、與降頻轉(zhuǎn)換FFT映射頻率解交織幀同步粗頻率偏差估計(jì)AGC信道估計(jì)卷積譯碼器時(shí)間解交織RS譯碼器圖53 DVB系統(tǒng)的接收機(jī)框圖 OFDM與CDMA的結(jié)合以及在LTE中的應(yīng)用CDMA系統(tǒng)是一個(gè)信噪比受限的系統(tǒng)。OFDM技術(shù)具有較高的頻譜效率，抗多徑干擾和抗信道頻率選擇性衰落能力，并且能夠提供很高的數(shù)據(jù)傳輸速率等特點(diǎn)。在移動系統(tǒng)中，需要在支持多個(gè)用戶的通信的小區(qū)中，CDMA將是一種較為完美的多用戶的多址通信方式，CDMA通過地址碼來正交地區(qū)分用戶，另外，OFDM通過在多個(gè)載波上進(jìn)行并行傳輸，這樣即提高了頻譜的有效使用率，又實(shí)現(xiàn)了較為理想的頻率分集效果，提高了抗衰落，抗干擾的能力。假設(shè)PN碼長度為M，則調(diào)制到M個(gè)子載波上，即在不同的子載波上分別調(diào)制不同的碼片信息。2. MCDSCDMAMCDSCDMA的發(fā)送方框圖與功率譜圖為圖55. ( …… ……f 1 f2 f3 串、并變換圖55 MCDSCDMA 發(fā)送框圖與功率譜圖圖中，調(diào)制為BPSK，Nc為子載波數(shù)目，Gmd為擴(kuò)頻增益，而 表示第j個(gè)用戶的擴(kuò)頻碼。輸入信息比特先經(jīng)過串并變換在調(diào)制在不同的子載波上以調(diào)制OFDM信號，且這時(shí)子載波之間有一半重疊，并滿足相互正交。在MTCDMA技術(shù)也是時(shí)域擴(kuò)頻。在5MHz帶寬下，每個(gè)小區(qū)至少可以支持200個(gè)激活用戶。 以FDD模式下的通用幀結(jié)構(gòu)為例，來闡述OFDMA在LTE中的應(yīng)用。1219……1110……126543012654301幀（10ms）1子幀（）1時(shí)隙（）7OFDM符號（短循環(huán)前綴）循環(huán)前綴圖57 LTE通用幀結(jié)構(gòu)在一個(gè)OFDM符號內(nèi)，可用子載波的總數(shù)受到系統(tǒng)總傳輸帶寬的決定。而是讓一些特定的參考信號插入到物理資源塊內(nèi)并傳輸?？偨Y(jié)OFDM在人們對多媒體通信傳輸速率越來越高的要求下發(fā)展而來，它是一種多載波并行調(diào)制體制，為了提高頻率利用率和增大傳輸速率，各路子載波具有重疊的頻譜；為了使接受端完全的分離各路信號，OFDM的各路已調(diào)信號是嚴(yán)格正交的，并且各路子載波的調(diào)制是多進(jìn)制調(diào)制。相信在不久的將來OFDM技術(shù)將會運(yùn)用的更加廣泛。借此，我想說聲：老師，你們辛苦了！你們的付出，我將畢生永懷！ 最后，我還要深深感謝我的父母和家人！不管遇到何種困難阻險(xiǎn)，他們都一如既往地支持和付