【正文】 [12]彭木根，陳文平，李勇，王文博． TDSCDMA 演進與多載波技術 [J] ．電信科學， 2022（ 5）： 3136． [13]彭木根，王文博．下一代無線通信系統(tǒng)和支撐業(yè)務探討 [J] ．電信技術， 2022（ 2）： 7881． [14] 彭木根，王文博． TDSCDMA 移動通信系統(tǒng) [M] ．北京：機械工業(yè)出版社， 2022． [15]路楊，彭木根，王文博，等著． 標準中 OFDM 技術研究 [J] ．中國無線電， 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)的信道估計方法研究 [J] ．南京郵電學報， 2022， 25（ 2） [18]郭梯云等．移動通信．西安：西安電子科技大學出版社， 2022． [19]張賢達，保錚．通信信號處理．北京：國防工業(yè)出版社， 2022． [20]彭林，朱小敏，朱凌霄． WCDMA 無線通信技術及演化．北京：電子工業(yè)出版社， 2022． [21]陳良萍． WCDMA 原理及工程實現．北京：機械工業(yè)出版社， 2022． [22]孫立新，尤肖虎，張萍，等． 第三代移動通信系統(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] ．概率論與數理統(tǒng)計．北京：高等教育出版社， 2022． 謝辭 在 論文即將完成之際，我懷著誠摯的情感，謹向在學習和生活上關心過我，幫助過我的各位教員，師兄師姐，同學，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 導教員汪濤講師，在我寫作論文期間 ，他給了我悉心的指導，當我遇到困難時，給我提出很多建設性的意見，幫助我渡過一個個難關。 從仿真的結果來看， 上述 幾種算法 都有不錯的同步效果，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 基于導頻的符號細同步方法 可以對其進行補償糾正，兩者結合起來可以較為精確的 完成 OFDM 系統(tǒng)的 符號 同步。 下圖是用一個符號的長度進行估計的結果： 其他參數同上，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。參數情況仍為： N=1024，多徑時延為 100，采用 BPSK 調制。 從 仿真的結果可以看出， 當信躁比小于 5dB 時，由于信道條件惡劣 ，估計的性能較差，當信躁比小大于 5dB 時，估計的符號位置的均方偏差基本上只有 1個采樣值。 基于訓練符號 的 幀 分組 同步算法的 matlab 仿真 節(jié) 討論了 基于前導訓練符號 的 符號 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 的條件下的仿真結果： 從圖中可以看到：當數據幀開始時， nm 迅速跳變?yōu)樽畲笾?，并且保持一個144 點的大平臺。 1 *n0Ln k n k Dkc r r?? ? ??? ?………………………………………………… () n211*00LLn k D n k D n k Dkkp r r r??? ? ? ? ? ???????…………………………… () 式中 L 為短訓練符號的周期 16 幀（符號）檢測的判決函數為： 2nn 2n()cm p? …………………………………………………………… .() 利用此式可檢測幀分組 開始的位置，當數據幀到來時 nm 迅速跳變?yōu)樽畲笾?。訓練符號一般具有較理想的相關特性，如偽隨機 PN 序列。 發(fā)送端在 OFDM 符號的若干個子載波插入頻域的導頻信號，就是一種常見的進行同步、信道校正的手段，本小節(jié)就利用頻域導頻來進行 OFDM 符號同步的細估計。設觀測 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? 為數據符號的平均功率， 2n? 為高斯白噪聲的方差（平均功率）， ? 為載波頻率偏移?；诖思僭O有助于簡化問題而把更多的精力放在核心的算法上。 然后對 ()yt 進行采樣得到數據流： ? ?( ) ( ) ( ) 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)端的載波頻率和時鐘頻率 都 是理想情況 ， 即 0cf??， 0???，1?ssT T TN?? ， 而且抽樣 時刻都是最佳。 符號同步又 分為粗同步和細同步兩個階段，其中粗同步的主要目的是 粗略估計出 OFDM 符號的開始位置 ，基本要求是估計出的開始位置在一個完整的OFDM 符號的循環(huán)前綴的開始位置 和數據的開始位置之間；細估計的目的是精確的定出 OFDM 符號數據部分的開始位置。 第三章 OFDM 的 符號 同步 技術 OFDM 的 符號 同步 原理 概述 同步對于任何通信系統(tǒng)來說都是重要的任務，沒有精確的同步 就不能對傳送的任何數據進行可靠的恢復。 為了最大限度的減少由于插入保護間隔帶來的信躁比損失， OFDM 的 符號周期長度要遠遠大于保護間隔的時間長度。 下 圖顯示了保護間隔的插入。 OFDM 的 保護間隔、循環(huán)前綴 采用 OFDM 的一個重要原因是它可以有效對抗多徑時延擴展。在每一個子載波的最大值處，所有其他子信道的頻譜值恰好為零，因此可以從各個子信道中提取出期望的符號，而不會受到其他子載波的影響。 子載波調制 OFDM 系 統(tǒng)的基本調制框圖如下 一個 OFDM 符號之內包含多個經過相移鍵控（ PSK）或者正交幅度調制（ QAM）的子載波。 OFDM 調制與一般的 MCM 調制的頻率利用率 情況可由下圖說明：上面的是一般的 MCM 調制，下面的是 采用 OFDM 調制，可以看出 OFDM 調制相比一般的 MCM 調制具有 很 高的頻率利用率。 OFDM的 符號 同步 主要 利用 前導訓練符號 、循環(huán)前綴以及導頻。 2022 年 10 月 6 日，國際電信聯盟 (ITU)發(fā)起成立 TIMT2022 and Beyond3G工作組。 1995 年，歐洲電信標準委員會（ ETSI）首次提出 數字音頻廣播 (DAB)標準，此標準是使用 OFDM 技術的第一個標準。 與單載波系統(tǒng)相比，由于多載波調制系統(tǒng)的輸出是多個子信道信號的疊加，因此如果多個信號的相位一致時，所得到的疊加信號的瞬時功率就會遠遠大于信號的平均功率，導致出現較大的峰值平均功率比(PAR)。 （ 3） 可以有效地對抗符號間干擾 （ ISI） 和 頻率選擇性衰落 。在傳統(tǒng)的并行傳輸系統(tǒng)中，整個帶寬經分割后被送到子信道中，各子信道頻帶之間嚴格分離，接收端通過帶通濾波 器 濾除 帶外的信號來接收每個子信 道上的數據，這種方法頻譜利用率很低，造成頻 帶 浪費。 下一代 移動通信 主要是面對 2022年以后的 移動通信系統(tǒng) ，主要是以移動數據服務為主的、大范圍覆蓋的高速移動通信網絡。 第二代移動通信系統(tǒng) 能夠 提供電 路交換型語音和低速數據業(yè)務，但數據傳輸速率只有 ，最高也只有32kbit/s。 與此同時，其他發(fā)達國家也相繼開發(fā)出蜂窩式公共移動通信網。 基于訓練符號的算法能 實現 快速的同步，同步的精度基本可以滿足突發(fā)分組的需要。 由于無線信道存在時延擴展，高速信息流的符號寬度又相對較窄，所以會存在較嚴重的 ISI。在此基礎上 重點研究了 OFDM符號 同步技術 ， 分析了 符號 定時 的重要性和符號定時 偏差對 OFDM系統(tǒng) 解調性能 的影響 。 1897 年， 在一固定點與一艘拖船之間的無線通信試驗，當時的通信距離為 33km(約 18 海里 )。 1982 年北歐的 NORDIC 電信和荷蘭郵電向歐洲郵電會議（ CEPT）提議開發(fā)新的數字蜂窩移動通信標準以滿足歐洲移動網的需要，CEPT 成立了移動通信特別研究組（ GSM）開發(fā)泛歐公共陸地移動通信系統(tǒng)。第三代移動通信系統(tǒng)無一例外采用了 CDMA 技術， 能夠提供高質量的多媒體業(yè)務，并具有足夠的系統(tǒng)容量，數據傳輸速率可以達到 2Mbit/s。 OFDM（ 正交頻分復用 ） 作為 對抗 ISI 的高速傳輸技術， 已 基本被公認為 下一代 (Beyond 3G)移動通信系統(tǒng)的 核心 技術 。 采用 FFT技術可以快 速的實現調制與解調， 大大簡化系統(tǒng) 實現的復雜度 。定時 的 偏移 不但 會引入相位噪聲 ，也會引入一定的載波間干擾（ ICI） ；頻率 的 偏移 即使 是很少量也 會使載波間的正交性遭到破壞，引起 載波間干擾（ ICI），使誤碼率嚴重惡化 。 OFDM 的 應用 概況 和展望 OFDM 技術 早在 20 世紀 60 年代就被提出來了， 但由于模擬濾波器實現起來的系統(tǒng)復雜度高，所以一直沒有發(fā)展起來。除 歐洲國家外，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 標準。 本文各章內容 具體 安排如 下 ： 第一章 是緒論，簡單介紹了 移動通信的 發(fā)展概況 ， OFDM的 優(yōu)勢、 關鍵技術 、以及 應用 現狀 。 而多載波調制（ MCM）是 將高速的串行數據流進行串 /并變換，轉換成 N 路并行的低速 子 數據流， 然后用他們去調制 N 路子載波后再并行傳輸 ， 因此子數據流的速率是原來的 1/N，即符號周期擴大為原來的 N 倍，遠大于信道的最大時延擴展 max? ，這樣多載波調制（ MCM）就把一個寬帶頻率選擇性衰落信道劃分成了 N 個窄帶平坦衰落信道，從而“先天”具有很強的抗多徑衰落能力，特別適合于高速無線數據傳輸。 IFT 和 IDFT 的變換作用相同， 發(fā)射機和接收機可以共用一個硬件設備， 所以圖中所示的是兩個單元共 用 一個硬件設備 的情形。即： 011 e x p ( ) e x p ( ) d 0Tnmmnj t j t t mnT ?? ??? ? ??? () 例如對 ()式中第 j 個子載波進行解調，然后在時間長度 T 內進行積分，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，對第 j 個子載波進行解調可以恢復出期望信號。 在 OFDM系統(tǒng)的實際運用中，可以采用更 加方便快捷的 IFFT/FFT。 圖中給出了第一個子載波、第二個子載波和第二個子載波的時延信號。假設多徑時延長度的統(tǒng)計平均值為 rms? ，則可以選擇多徑時延長度的最大值為m a x ( 4 ~ 5 ) rm s??? 。每個信道中所傳輸的比特速率可以由調制類型 、編碼速率和符號速率來確定。 OFDM 符號 定時同步 又 可以細 分為 幀 （ 分組 ） 同步和符號 同步 。 這里為了推導的方便，暫按照不考慮循環(huán)前綴的影響來進行推導。 由式子 ()可以看出 ， 符號定時偏 移量 對經過 FFT 解調出來的數據信息的影響是一個相位的旋轉， 而且相位的旋轉角度與子載波的頻率有關，頻率越高，旋轉角度越大， 如果符號定時 的 偏移量與最大時延擴展的長度之和仍小于循環(huán)前綴的長度 ， 即 md 在同一個有用符號和該有用符號的循環(huán)前綴內， 此時子載波之間的正交性仍然成立，沒有符號間干擾（ ISI）和載波間干擾（ ICI） 。 觀察接收序列 {}nr 中連續(xù)的 2 gNN? 個采樣點，如圖所