【正文】 [12]彭木根，陳文平，李勇，王文博． TDSCDMA 演進(jìn)與多載波技術(shù) [J] ．電信科學(xué)， 2022（ 5）： 3136． [13]彭木根，王文博．下一代無(wú)線通信系統(tǒng)和支撐業(yè)務(wù)探討 [J] ．電信技術(shù)， 2022（ 2）： 7881． [14] 彭木根，王文博． TDSCDMA 移動(dòng)通信系統(tǒng) [M] ．北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2022． [15]路楊，彭木根，王文博，等著． 標(biāo)準(zhǔn)中 OFDM 技術(shù)研究 [J] ．中國(guó)無(wú)線電， 2022（ 2）． [16]Yun Chiu,Dejan Markovic,Haiyun Tang,Ning Zhang ． OFDM Receiver Design[J] ． IEEE Common． Magazine,2022． [17]董艷男，醴廣增，朱琦．基于 系統(tǒng)的信道估計(jì)方法研究 [J] ．南京郵電學(xué)報(bào)， 2022， 25（ 2） [18]郭梯云等．移動(dòng)通信．西安：西安電子科技大學(xué)出版社， 2022． [19]張賢達(dá)，保錚．通信信號(hào)處理．北京：國(guó)防工業(yè)出版社， 2022． [20]彭林，朱小敏，朱凌霄． WCDMA 無(wú)線通信技術(shù)及演化．北京：電子工業(yè)出版社， 2022． [21]陳良萍． WCDMA 原理及工程實(shí)現(xiàn)．北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2022． [22]孫立新，尤肖虎，張萍，等． 第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)．北京：人民郵電出版社，2022． [23]Eric Philip LAWREY BE(Hons),Adaptive Technoques for Mulitiuser OFDM[J] ． December 2022． [24]Richard van Nee,Ramjee Prasad ． OFDM WirelessMultimedia Communication[M] ． Artech House universal personal munication library,pp． 213217,2022． [25] and ． Performance of an OFDMTDMA Mobile Communications[C] ． the IEEE VTC,Atlanta,pp． 189193,1996． [26] ．概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)．北京：高等教育出版社， 2022． 謝辭 在 論文即將完成之際，我懷著誠(chéng)摯的情感，謹(jǐn)向在學(xué)習(xí)和生活上關(guān)心過(guò)我，幫助過(guò)我的各位教員，師兄師姐，同學(xué)，好友和親人表示衷心的感謝和最真摯、最崇高的敬意！ 首先感謝我的指 導(dǎo)教員汪濤講師，在我寫(xiě)作論文期間 ，他給了我悉心的指導(dǎo)，當(dāng)我遇到困難時(shí)，給我提出很多建設(shè)性的意見(jiàn)，幫助我渡過(guò)一個(gè)個(gè)難關(guān)。 從仿真的結(jié)果來(lái)看， 上述 幾種算法 都有不錯(cuò)的同步效果，基本 可以滿足OFDM 系統(tǒng)同步的需要。 基于循環(huán)前綴的 粗同步方 算法 有一定的誤差，通過(guò) 基于導(dǎo)頻的符號(hào)細(xì)同步方法 可以對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償糾正，兩者結(jié)合起來(lái)可以較為精確的 完成 OFDM 系統(tǒng)的 符號(hào) 同步。 下圖是用一個(gè)符號(hào)的長(zhǎng)度進(jìn)行估計(jì)的結(jié)果： 其他參數(shù)同上，保持不變。因此本算法適用于 AWGN 信道，而在衰落信道下并不是最優(yōu)的算法。參數(shù)情況仍為： N=1024，多徑時(shí)延為 100，采用 BPSK 調(diào)制。 從 仿真的結(jié)果可以看出， 當(dāng)信躁比小于 5dB 時(shí)，由于信道條件惡劣 ，估計(jì)的性能較差，當(dāng)信躁比小大于 5dB 時(shí)，估計(jì)的符號(hào)位置的均方偏差基本上只有 1個(gè)采樣值。 基于訓(xùn)練符號(hào) 的 幀 分組 同步算法的 matlab 仿真 節(jié) 討論了 基于前導(dǎo)訓(xùn)練符號(hào) 的 符號(hào) 同步算法 ，式 ()給出了具體的判別法則，下圖即是在信躁比 SNB=7dB 的條件下的仿真結(jié)果： 從圖中可以看到：當(dāng)數(shù)據(jù)幀開(kāi)始時(shí)， nm 迅速跳變?yōu)樽畲笾?，并且保持一個(gè)144 點(diǎn)的大平臺(tái)。 1 *n0Ln k n k Dkc r r?? ? ??? ?………………………………………………… () n211*00LLn k D n k D n k Dkkp r r r??? ? ? ? ? ???????…………………………… () 式中 L 為短訓(xùn)練符號(hào)的周期 16 幀（符號(hào)）檢測(cè)的判決函數(shù)為： 2nn 2n()cm p? …………………………………………………………… .() 利用此式可檢測(cè)幀分組 開(kāi)始的位置，當(dāng)數(shù)據(jù)幀到來(lái)時(shí) nm 迅速跳變?yōu)樽畲笾怠Ｓ?xùn)練符號(hào)一般具有較理想的相關(guān)特性，如偽隨機(jī) PN 序列。 發(fā)送端在 OFDM 符號(hào)的若干個(gè)子載波插入頻域的導(dǎo)頻信號(hào)，就是一種常見(jiàn)的進(jìn)行同步、信道校正的手段，本小節(jié)就利用頻域?qū)ьl來(lái)進(jìn)行 OFDM 符號(hào)同步的細(xì)估計(jì)。設(shè)觀測(cè) 向量 為 1 2 , 2[ , , ]gNNr r r r ??，則有： 222*20: { }0snjsk k mmk E r r e m N????? ?????????? ?? ? ? ? ?其 他…………… ..() 式中 2s? 為數(shù)據(jù)符號(hào)的平均功率， 2n? 為高斯白噪聲的方差（平均功率）， ? 為載波頻率偏移。基于此假設(shè)有助于簡(jiǎn)化問(wèn)題而把更多的精力放在核心的算法上。 然后對(duì) ()yt 進(jìn)行采樣得到數(shù)據(jù)流： ? ?( ) ( ) ( ) e x p ( ( 2 ) ) ( )csst n T t n Tr n y t s t j f t t? ? ????? ? ? ? ? ? ?………… () 其中 ? ?( ) ( ) e x p ( ( 2 ) )ct t j f t? ? ? ?? ? ?? 將式 ()重寫(xiě)如下 ： 10 e x p ( 2 ) 0()Nii id j t t TTst ??? ??? ? …………… …… ..… .() 假定收發(fā)端的載波頻率和時(shí)鐘頻率 都 是理想情況 ， 即 0cf??， 0???，1?ssT T TN?? ， 而且抽樣 時(shí)刻都是最佳。 符號(hào)同步又 分為粗同步和細(xì)同步兩個(gè)階段，其中粗同步的主要目的是 粗略估計(jì)出 OFDM 符號(hào)的開(kāi)始位置 ，基本要求是估計(jì)出的開(kāi)始位置在一個(gè)完整的OFDM 符號(hào)的循環(huán)前綴的開(kāi)始位置 和數(shù)據(jù)的開(kāi)始位置之間；細(xì)估計(jì)的目的是精確的定出 OFDM 符號(hào)數(shù)據(jù)部分的開(kāi)始位置。 第三章 OFDM 的 符號(hào) 同步 技術(shù) OFDM 的 符號(hào) 同步 原理 概述 同步對(duì)于任何通信系統(tǒng)來(lái)說(shuō)都是重要的任務(wù)，沒(méi)有精確的同步 就不能對(duì)傳送的任何數(shù)據(jù)進(jìn)行可靠的恢復(fù)。 為了最大限度的減少由于插入保護(hù)間隔帶來(lái)的信躁比損失， OFDM 的 符號(hào)周期長(zhǎng)度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于保護(hù)間隔的時(shí)間長(zhǎng)度。 下 圖顯示了保護(hù)間隔的插入。 OFDM 的 保護(hù)間隔、循環(huán)前綴 采用 OFDM 的一個(gè)重要原因是它可以有效對(duì)抗多徑時(shí)延擴(kuò)展。在每一個(gè)子載波的最大值處，所有其他子信道的頻譜值恰好為零，因此可以從各個(gè)子信道中提取出期望的符號(hào)，而不會(huì)受到其他子載波的影響。 子載波調(diào)制 OFDM 系 統(tǒng)的基本調(diào)制框圖如下 一個(gè) OFDM 符號(hào)之內(nèi)包含多個(gè)經(jīng)過(guò)相移鍵控（ PSK）或者正交幅度調(diào)制（ QAM）的子載波。 OFDM 調(diào)制與一般的 MCM 調(diào)制的頻率利用率 情況可由下圖說(shuō)明：上面的是一般的 MCM 調(diào)制，下面的是 采用 OFDM 調(diào)制，可以看出 OFDM 調(diào)制相比一般的 MCM 調(diào)制具有 很 高的頻率利用率。 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。 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。 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)。 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)。 （ 3） 可以有效地對(duì)抗符號(hào)間干擾 （ ISI） 和 頻率選擇性衰落 。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)。 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)。 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。 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)。 基于訓(xùn)練符號(hào)的算法能 實(shí)現(xiàn) 快速的同步，同步的精度基本可以滿足突發(fā)分組的需要。 由于無(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。在此基礎(chǔ)上 重點(diǎn)研究了 OFDM符號(hào) 同步技術(shù) ， 分析了 符號(hào) 定時(shí) 的重要性和符號(hào)定時(shí) 偏差對(duì) OFDM系統(tǒng) 解調(diào)性能 的影響 。 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 )。 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)。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。 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) 。 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 。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 。 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)。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)。 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 。 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。 IFT 和 IDFT 的變換作用相同， 發(fā)射機(jī)和接收機(jī)可以共用一個(gè)硬件設(shè)備， 所以圖中所示的是兩個(gè)單元共 用 一個(gè)硬件設(shè)備 的情形。即： 011 e x p ( ) e x p ( ) d 0Tnmmnj t j t t mnT ?? ??? ? ??? () 例如對(duì) ()式中第 j 個(gè)子載波進(jìn)行解調(diào)，然后在時(shí)間長(zhǎng)度 T 內(nèi)進(jìn)行積分，即： ? ? ? ?101 e x p 2 e x p 2 dNissj s i stTtjid j t t d j t t tT T T??????? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ??? ? ?101 e x p 2 dNiss jitTstijd j t t t dTT ???? ?? ? ? ???????? ? () 由式 ()可以看到，對(duì)第 j 個(gè)子載波進(jìn)行解調(diào)可以恢復(fù)出期望信號(hào)。 在 OFDM系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)用中，可以采用更 加方便快捷的 IFFT/FFT。 圖中給出了第一個(gè)子載波、第二個(gè)子載波和第二個(gè)子載波的時(shí)延信號(hào)。假設(shè)多徑時(shí)延長(zhǎng)度的統(tǒng)計(jì)平均值為 rms? ，則可以選擇多徑時(shí)延長(zhǎng)度的最大值為m a x ( 4 ~ 5 ) rm s??? 。每個(gè)信道中所傳輸?shù)谋忍厮俾士梢杂烧{(diào)制類型 、編碼速率和符號(hào)速率來(lái)確定。 OFDM 符號(hào) 定時(shí)同步 又 可以細(xì) 分為 幀 （ 分組 ） 同步和符號(hào) 同步 。 這里為了推導(dǎo)的方便，暫按照不考慮循環(huán)前綴的影響來(lái)進(jìn)行推導(dǎo)。 由式子 ()可以看出 ， 符號(hào)定時(shí)偏 移量 對(duì)經(jīng)過(guò) FFT 解調(diào)出來(lái)的數(shù)據(jù)信息的影響是一個(gè)相位的旋轉(zhuǎn)， 而且相位的旋轉(zhuǎn)角度與子載波的頻率有關(guān)，頻率越高，旋轉(zhuǎn)角度越大， 如果符號(hào)定時(shí) 的 偏移量與最大時(shí)延擴(kuò)展的長(zhǎng)度之和仍小于循環(huán)前綴的長(zhǎng)度 ， 即 md 在同一個(gè)有用符號(hào)和該有用符號(hào)的循環(huán)前綴內(nèi)， 此時(shí)子載波之間的正交性仍然成立，沒(méi)有符號(hào)間干擾（ ISI）和載波間干擾（ ICI） 。 觀察接收序列 {}nr 中連續(xù)的 2 gNN? 個(gè)采樣點(diǎn)，如圖所