【正文】 上是由N個(gè)子載波信號(hào)疊加而成，當(dāng)這些子載波信號(hào)相位一致時(shí)峰值疊加會(huì)產(chǎn)生最大峰值，導(dǎo)致較高的峰均功率比（Peak–toAverage power Ratio，PAPR），當(dāng)放大器以及A/D轉(zhuǎn)換器的線性動(dòng)態(tài)范圍不能滿足信號(hào)的變化，就會(huì)引起信號(hào)失真，產(chǎn)生子載波之間的互調(diào)干擾和帶外輻射，破壞子載波間的正交性，降低系統(tǒng)效率。80年代，人們對(duì)多載波調(diào)制在高速調(diào)制解調(diào)器、數(shù)字移動(dòng)通信等領(lǐng)域中的應(yīng)用進(jìn)行了較為深入的研究，從此以后，OFDM在無線移動(dòng)通信領(lǐng)域中的應(yīng)用得到了迅猛的發(fā)展。新一代移動(dòng)通信的核心技術(shù)OFDM調(diào)制技術(shù)發(fā)布: 201195 | 作者: —— | 來源:wanghuixiang| 查看: 451次 | 用戶關(guān)注：lOFDM的發(fā)展?fàn)顩rOFDM的歷史要追溯到20世紀(jì)60年代中期，當(dāng)時(shí)R．w．Chang發(fā)表了關(guān)于帶限信號(hào)多信道傳輸合成的論文。此后不久，Saltzberg完成了性能分析。用離散傅里葉變換(DFT)完成基帶調(diào)制和解調(diào)，這項(xiàng)工作不是集中在單個(gè)信道，而是旨在引入消除子載波間干擾的處理方法。而與串行方式不同，OFDM能將高速串行碼流轉(zhuǎn)變成許多低速的碼流進(jìn)行并行傳送，使得碼元周期很長，即遠(yuǎn)大于深衰落的持續(xù)時(shí)間，因而當(dāng)出現(xiàn)深衰落時(shí)，并行的碼元只是輕微的受損，經(jīng)過糾錯(cuò)就可以恢復(fù)。2 OFDM的基本原理OFDM是一種高效的數(shù)據(jù)傳輸方式，其基本思想是在頻域內(nèi)將給定信道分成許多正交子信道，在每個(gè)子信道上使用一個(gè)子載波進(jìn)行調(diào)制，并且各子載波并行傳輸。解調(diào)是基于載波gk(t)的正交性，即：因此解調(diào)器將完成以下運(yùn)算：為了使一個(gè)OFDM系統(tǒng)實(shí)用化，可用DFT來完成調(diào)制和解調(diào)。具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，同步將分為時(shí)域和頻域同步，也可以時(shí)域和頻域同時(shí)進(jìn)行同步。在因特網(wǎng)、多媒體和無線通信技術(shù)融合的今天，它是實(shí)現(xiàn)小范圍內(nèi)無縫覆蓋的無線多媒體傳輸需求的熱門技術(shù)手段，被視為新一代無線個(gè)域網(wǎng)物理層標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。因此，MBOFDMUWB技術(shù)打破了傳統(tǒng)觀點(diǎn)。OFDM符號(hào)在3個(gè)子帶上進(jìn)行時(shí)域頻域交錯(cuò)傳輸，即在一個(gè)OFDM符號(hào)時(shí)間內(nèi)，只有一個(gè)子帶在工作。使用的頻帶可從3個(gè)頻帶組擴(kuò)展到7個(gè)頻帶組。借助循環(huán)前綴克服多徑信道引入的時(shí)延擴(kuò)展，用結(jié)構(gòu)較簡單的接收機(jī)，就能在高度多徑環(huán)境中捕獲到更多信號(hào)，電路簡單、成本低、功耗低，電池可支持移動(dòng)設(shè)備長時(shí)間連續(xù)使用?？山⒁粋€(gè)嵌入式、始終處于“開通”狀態(tài)的安全架構(gòu)，在協(xié)議棧的一些層次上提供安全性和隱私機(jī)制，確保無線技術(shù)所需的強(qiáng)壯性和對(duì)用戶的透明度。 GHz之間，主要是3條528 MHz寬子頻帶。2007年1月于美國消費(fèi)電子展(CES)上，又有不少廠商展出了基于UWB技術(shù)的商用產(chǎn)品。WPAN技術(shù)主要的目的就是將電子設(shè)備之間的連線替換成無線連接，使家庭或辦公室中的各種設(shè)備之間的信息交換更加方便、靈活和快捷?！　〔煌I(lǐng)域技術(shù)的綜合與協(xié)作，伴隨著全新無線寬帶技術(shù)的智能化，以及定位于用戶的新業(yè)務(wù)，這一切必將繁衍出新一代移動(dòng)通信系統(tǒng)4G。如圖1所示。　　在發(fā)射端，發(fā)射數(shù)據(jù)經(jīng)過常規(guī)QAM調(diào)制形成基帶信號(hào)。同樣在接收端可以采用相反的方法，即離散傅立葉變換得到：　　由上面的分析可以看出OFDM的調(diào)制可以由IDFT實(shí)現(xiàn)，而解調(diào)可由DFT實(shí)現(xiàn)。接收端首先將接收符號(hào)開始的寬度為Tg的部分丟棄，將剩余的寬度為T的部分進(jìn)行傅立葉變換，然后進(jìn)行解調(diào)?！　?抗多徑干擾　　無線信道中，由于信道傳輸特性不理想容易產(chǎn)生多徑傳播效應(yīng)，多徑傳播效應(yīng)會(huì)造成接收信號(hào)相互重疊，產(chǎn)生信號(hào)波形間的相互干擾，使接收端判斷錯(cuò)誤，從而嚴(yán)重地影響信號(hào)傳輸?shù)馁|(zhì)量，易造成符號(hào)間干擾。　　 峰均功率比　　峰均功率比就是峰值與均值的功率比，定義為信號(hào)的最大峰值功率和同一信號(hào)平均功率之比，簡稱峰均比?！　【C上所述，在抗多徑干擾、調(diào)制技術(shù)方面，OFDM的性能優(yōu)于CDMA技術(shù)，并且可以通過其他技術(shù)來降低其峰均功率比。GCL 序列不僅滿足很好的周期自相關(guān)性，也具有一定的互相關(guān)性，而且應(yīng)用廣泛，符合導(dǎo)頻設(shè)計(jì)的要求。 Nt * Nr MIMOOFDM 模型　　從第p 個(gè)傳送天線中傳送出來的OFDM 信號(hào)可以表示為：　　式中，N 為OFDM 符號(hào)的子載波數(shù)。前2 個(gè)由2 個(gè)相同的GCL 序列構(gòu)成，對(duì)于不同的天線，序列左移不同的長度，可根據(jù)仿真時(shí)同步估計(jì)的優(yōu)劣來確定該長度。　　當(dāng)存在頻率偏移 時(shí)，GCL 的周期相關(guān)性可以表示為：　　令k= ism+ d ，i= 0，1，m= 1 。 仿真結(jié)果和分析　　為了對(duì)提出的同步算法進(jìn)行性能仿真，設(shè)定仿真參數(shù)如表1 所示。 高斯信道下定時(shí)同步的正確率圖4本文首先分析了下一代移動(dòng)通信核心技術(shù) OFDM 技術(shù)的原理及其特點(diǎn), 并以McW iLL系統(tǒng)為例, 簡要分析了OFDM 技術(shù)在McW iLL應(yīng)急通信系統(tǒng)的應(yīng)用。　　2) OFDM 中由于各個(gè)子載波間存在正交性, 允許子信道的頻譜相互重疊, 因此, OFDM 系統(tǒng)可以最大限度地利用頻譜資源?！　〉荗FDM 系統(tǒng)由于存在多個(gè)正交的子載波,而且輸出信號(hào)是多個(gè)子信道信號(hào)的疊加, 因此與傳統(tǒng)技術(shù)相比, 也存在一些缺點(diǎn):　　1)易受頻率偏差的影響。采用McW iLL系統(tǒng)在應(yīng)急通信中, 只要一只簡單的CPE 或者PCMCIA 卡, 無需進(jìn)行現(xiàn)場安裝、調(diào)試, 就能夠迅速提供高速無線連接, 同時(shí)由于其可移動(dòng)性, 便攜性, 能夠滿足應(yīng)急通信的更多需要。　　1)通過對(duì)調(diào)制符號(hào)的串并轉(zhuǎn)換降低單載波上的符號(hào)速率可以增強(qiáng)多徑干擾的抵抗能力。而應(yīng)急狀態(tài)通常是場景不固定, 因此更加強(qiáng)調(diào)移動(dòng)性。但MIMOOFDM系統(tǒng)對(duì)同步誤差很敏感：在多徑環(huán)境下， MIMOOFDM系統(tǒng)對(duì)時(shí)間同步的要求很高；頻率同步方面，由于MIMOOFDM系統(tǒng)可以視為N個(gè)并行的MIMO子系統(tǒng)，因此頻偏所引入的ICI會(huì)惡化每個(gè)子載波的信噪比，從而惡化整個(gè)MIMOOFDM通信系統(tǒng)的傳輸性能。這樣，OFDM和MIMO兩種技術(shù)的結(jié)合，就能達(dá)到兩種效果：一種是系統(tǒng)具備很高的傳輸速率，另一種是通過分集達(dá)到很強(qiáng)的可靠性。這里定義第一路發(fā)射天線的相對(duì)時(shí)延是零?！　《x每個(gè)天線發(fā)射的訓(xùn)練序列為Tm(i)，其中插入的偽隨機(jī)序列為Cm(k)，長度為Q，這里總的子載波數(shù)N和發(fā)射天線數(shù)M間必須滿足：N=2MQ，第m個(gè)發(fā)射天線插入練序列的方式為　　　　上式中i=0,1,….,N1?！　∪缓笤O(shè)置一個(gè)硬判門限和搜索長度L，將從M(d)超過門限的滑動(dòng)窗中的那段序列開始，連續(xù)將L個(gè)長度為N的序列送入后續(xù)的精同步部分處理，并且記錄超過門限的時(shí)間點(diǎn)為。四個(gè)發(fā)射天線到達(dá)接收天線的時(shí)延分別為0，5，10，15個(gè)采樣點(diǎn)，因此我們令τ為20個(gè)采樣點(diǎn)，來進(jìn)行時(shí)間和頻率同步。圖4　新算法的時(shí)間同步性能曲線　　如圖5所示。Stuber, for MIMO OFDM systems. Global Telemunications Conference, 　‘,Volume:1,2529 Pages:509513 31 / 31。圖5　新算法的頻率同步性能曲線　　通過以上仿真可以看到，該算法在多徑環(huán)境下可以得到良好的同步性能。由于進(jìn)行時(shí)間粗同步時(shí)，得到的峰值會(huì)受到噪聲的影響，因此硬判值在不同信噪比條件下并不相同，一般來說，是隨信噪比的升高呈遞增趨勢(shì)?！　　【健　〉玫搅薒個(gè)長度為N的序列，將他們分別進(jìn)行FFT運(yùn)算：　　　　上式中，i=0,1,…,L1，k=0,1,….,N1。　　設(shè)tm(i)是對(duì)應(yīng)的Tm(i)經(jīng)過IFFT之后的結(jié)果：　　　如圖3所示，假設(shè)ai，bi，ci分別是t1(i)，t2(i)，t3(i)的序列?！　∵@種新的時(shí)間同步算法適用于各路天線到達(dá)時(shí)延不同的情況。因此MIMO OFDM系統(tǒng)中的同步問題比單天線系統(tǒng)中要困難得多，許多用于單天線系統(tǒng)的同步方法不能直接應(yīng)用于MIMOOFDM系統(tǒng)。頻率同步方面，接收端需要對(duì)各個(gè)天線上的信號(hào)分別進(jìn)行頻率偏移估計(jì)和補(bǔ)償。 專網(wǎng)、共網(wǎng)、公網(wǎng)共存。　　3) CS OFDMA 采用了碼擴(kuò)技術(shù), 將一個(gè)符號(hào)進(jìn)行碼擴(kuò)后再以一個(gè)信道為單位進(jìn)行多載波調(diào)制,這樣可以將一個(gè)符號(hào)的能量分散到整個(gè)信道中, 在接收時(shí)達(dá)到頻率分集的效果。其中, 終端設(shè)備CPE 完成用戶端計(jì)算機(jī)與無線網(wǎng)絡(luò)的連接。無線信道的時(shí)變性在傳輸過程中造成的無線信號(hào)頻譜偏移, 或發(fā)射機(jī)與接收機(jī)本地振蕩器之間存在的頻率偏差, 都會(huì)使OFDM系統(tǒng)子載波之間的正交性遭到破壞, 導(dǎo)致子載波之間干擾。從圖1中可以看出, 傳統(tǒng)的FDM技術(shù)需要在兩個(gè)信道之間存在較大的頻率間隔來防止干擾, 這就降低了全部的頻譜利用率, 而應(yīng)用OFDM技術(shù)的子載波正交復(fù)用技術(shù)大大減少了保護(hù)帶寬, 提高了頻譜利用率?！　? 概述　　近年來, 無論是自然災(zāi)害的救援工作、公共衛(wèi)生事件的防疫工作還是安全事件的秩序維護(hù)工作都對(duì)公共事件的相關(guān)部門處理緊急響應(yīng)事件提出了越來越高的要求。仿真結(jié)果表明，相對(duì)于傳統(tǒng)的同步算法，新提出的算法能夠有效地提高頻率偏移估計(jì)的誤碼率和幀傳送性能。 瑞利信道下定時(shí)同步的正確率　　圖5 和圖6 分別為頻率偏移估計(jì)誤碼率和最小均方誤差的仿真結(jié)果。從圖3 可以看出，新提出的同步方法相對(duì)于傳統(tǒng)的同步方法可以獲得更高的準(zhǔn)確率，例如要求正確率為1，前者的信噪比只需要為5 dB，而后者需要10 dB?？梢宰C明，當(dāng)p = 時(shí)，相關(guān)函數(shù)不為零，則時(shí)間同步估計(jì)值為：　　2. 3圖2　　在接收端，由多普勒效應(yīng)或接收端和發(fā)送端的振蕩器內(nèi)部的不穩(wěn)定性引起的頻率偏移設(shè)為ε，則q 接收端的信號(hào)可以表示為：　　式中，q= 1，2，3，Nr ,w q ( n) 代表噪聲。首先建立MIMOOFDM 模型，然后計(jì)算它的定時(shí)同步和頻率同步，最后進(jìn)行性能仿真和分析。正交頻分復(fù)用( orthogONal frequencydivision multiplexing，OFDM) 技術(shù)被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N非常有效的手段。 摘　　4 結(jié)語　　OFDM通過頻域劃分互相正交的子信道使其頻譜效率與傳統(tǒng)的頻分復(fù)用技術(shù)相比有顯著提高，同時(shí)由于子信道可以劃分得很窄因而每一個(gè)子信道都很平坦，避免了使用復(fù)雜的均衡器。因?yàn)檩^高的PAPR將導(dǎo)致發(fā)送端對(duì)功率放大器的線性要求也較高，這意味著要設(shè)備的功耗將增大，因此就要提供額外功率、電池備份和擴(kuò)大設(shè)備的尺寸，從而導(dǎo)致設(shè)備成本的提高。為了減少干擾源，RAKE接收機(jī)提供一些分集增益。這樣，時(shí)延小于保護(hù)間隔Tg的時(shí)延信號(hào)就不會(huì)在解調(diào)的過程中產(chǎn)生信道間干擾。　　 循環(huán)前綴基本原理　　在OFDM系統(tǒng)中，為了最大限度地消除符號(hào)間干擾，在每個(gè)OFDM符號(hào)之間要插入保護(hù)間隔，該保護(hù)間隔長度Tg一般要大于無線信道的最大時(shí)延擴(kuò)展，這樣一個(gè)符號(hào)的多徑分量就不會(huì)對(duì)下一個(gè)符號(hào)造成干擾。實(shí)際的輸出信號(hào)可表示為：　　在接收端，輸入信號(hào)分成M個(gè)支