【正文】 圖 （ a ）載波數為 256 的信號頻譜信號仿真圖 圖 （ b ）載波數 128 的信號頻譜信號功率譜帶外衰減仿真圖 對 OFDM 時域符號加窗之前，首先要添加循環(huán)前綴和循環(huán)后綴，添加了循環(huán) 前綴和循環(huán)后綴后的歸一化功率的 OFDM 復信號表示為： 1 N ?1 ? ?1 i2?f t 39。 最初的保護間隔是用空數據填充的 ,這雖然消除了 ISI,但卻破壞了信道間的 正交性。在圖中載 波 2 的延遲信號會在 FFT 的運算時間內產生相位的跳變，破壞了子載波的正交性， 作 者 ： 崔 劍 23 從而在接收機中會對載波 2 的解調造成符號間的干擾。符號周期由 T增加至 T′ T +Δ T,Δ T 是保護時隙 ,增加保護時隙會降低頻譜利用率 , 所以Δ T一般小于等 于 T/4 。sinc ? f ?f 1 T 39。如圖 a , b 所示；其中，每 一個子圖橫軸表示歸一化頻率，縱軸表示歸一化幅度衰減 單位： dB 。保護間隔的引入會帶來功率和信息速率的損失， 其中功率損失可以定義為： 當保護間隔占到 20% 時，功率損失不到 1dB，信息速率的損失高達 20% ， 但是插入保護間隔可以消除 ISI 和 ICI 的影響，因此這樣的代價對 OFDM 系統(tǒng)而 言是值得的。點的 FFT 。 DFT 分 P 積 / S 積 變 分 換 數據解碼器 輸入 積 輸出 分 積 分 圖 系統(tǒng)接收端的解調部分 由于 DFT/IDFT 有快速算法 FFT/IFFT 如果錯誤！未找到引用源。進行離散化得到 將這些分量在△ t 時間內進行低通濾波，即進行 D/A 變換，則又可以恢復原 來的模擬信號 S t 。 上式中，錯誤！未找到引用源。 當然這是一種非常極端的情況，通常 OFDM 系統(tǒng)內的峰均值不會達到這樣高的程 度。 OFDM 由于采用了循環(huán)前綴，對 抗碼間干擾的能力很強。 OFDM 自適應調制機制使不同的子載波可以按照信道情況和噪音背景的不 同使用不同的調制方式。 （ 8）信道利用率很高，這一點在頻譜資源有限的無線環(huán)境中尤為重要。 （ 4） OFDM 技術特別適合使用在高層建筑、居民密集和地理上突出的地方 以及將信號散播的地區(qū)。保護頻帶降低了整個系統(tǒng)的頻譜 利用率。當錯誤！未找到引用源。服從均勻分布，即 2 萊斯衰落分布 萊斯衰落分布幅度 x t 概率分布函數可用式 表示 相位錯誤！未找到引用源。 瑞利衰落的幅度 x （ t）概率密度函數可用公式（ ）表示 式中， x 小于零時 p x 為零，錯誤！未找到引用源。這種移動性會導致接收信號的頻率發(fā)生偏移，即多 普勒頻移 Doppler shift ，產生多普勒擴展 頻率色散 ，造成信道的時變特性 Time Variance 。 陰影衰落是以較大的空間尺度來衡量的，其統(tǒng)計特性通常符合對數正態(tài)分布。分析無線信道的特征有助于我們找出影響 無線通信系統(tǒng)性能的因素并制定應對措施。在適當的位 置上添加一定數量的零使得總的信息符號個數為剛好大于 N 的 2 的整數冪，記為 N ，即有 N ?N 0 個子信道不用，其上傳輸的復值符號為 0 。 設計指標 設計一個基于 Matlab 的 OFDM 通信系統(tǒng)的仿真實現，關鍵技術指標如下。通過 DFT 進行 OFDM 基帶調制和解調避免了生成多個子載 波和多個窄帶帶通濾波器，使系統(tǒng)的模擬前端由多個變?yōu)橐粋€，同時由于DFT 可 以用 FFT 來快速實現，這進一步降低了系統(tǒng)實現的復雜度。這 些方案都是基于 OFDM 之上的 , 因此 , 研究 OFDM系統(tǒng)的性能就顯得非常必要。 70 年代 ,主要用于美國軍用無線高頻通信系 統(tǒng) 。正交頻分復用 （ OFDM ）技術可以很好地克服無線信道的頻率選擇性衰落， 由于其簡單高效， OFDM 已成為實現未來無線高速通信系統(tǒng)中最核心的技術之一。最后給出在不同的信道條件下 ,研究保護時隙、循環(huán)前綴、信道 采用 LS估計方法對 OFDM系統(tǒng)誤碼率影響的比較曲線 ,得出了較理想的結論。在給 出 OFDM 系統(tǒng)模型的基礎上 ,用 MATLAB 語言實現了傳輸系統(tǒng)中的計算機仿真并給出 參考設計程序。 Channel estimation 作者：崔 劍 4 第 1 章 緒 論 隨著移動通信和無線因特網需求的不斷增長，越來越需要高速無線系統(tǒng)設 計，而這其中的一個最直接的挑戰(zhàn)就是克服無線信道帶來的嚴重的頻率選擇性衰 落。多載波調制原理最早在 20 世紀 60 年代中期由 Collins kinep lex 提出。而且信道利用率很高 ,這一點在頻譜資源有限的無線環(huán)境中尤為重要。 1971 年， 和 提出用傅立葉變換 DFT 進基帶 OFDM 調制和解調。交織和編碼能夠使 OFDM 系統(tǒng)獲得良好的 頻率和時間二維分集。 0 k k 1 作 者 ： 崔 劍 7 除了上述經過數據調制的信息符號外，還有 個不需要經過數據調制的用 NP 于同步與信道估計的導頻符號，一共有 N v N d ?N p 組有用數據。信號參數與信道參數決定了不 同的發(fā)送信號將經歷不同類型的衰落。 2 陰影衰落 電磁波在空間傳播時受到地形起伏、高大建筑物的阻擋，在這些障礙物后面 會產生電磁場的陰影，造成場強中值的變化，從而 引起信號衰減，稱作陰影衰落。 作 者 ： 崔 劍 10 2 多普勒效應 Doppler effect 多普勒效應 Doppler effect 是由于發(fā)射機和接收機之間的相對運動，或者信 道路徑中物體的運動引起的。如果各條路徑信號的幅值和 到達接收天線的方位角是隨機的且是統(tǒng)計獨立的，則接收信號的包絡服從瑞利 Rayleigh 分布。 相位錯誤！未找到引用源?；蛴?dB 表示為 參數 K 是萊斯因子，完全確定了萊斯分布。 一般的頻分復用傳輸系統(tǒng)的各個子信道之間要有一定的保護頻帶，一便在接 收端可以用帶通濾波器分離出各個信道的信號。 （ 3）該技術可以自動地檢測到傳輸介質下哪一個特定的載波存在高的信號 衰減或干擾脈沖，然后采取合適的調制措施來使指定頻率下的載波進行成功通 信。 （ 7） OFDM 技術抗窄帶干擾性很強，因為這些干擾僅僅影響到很小一部分 的子信道。 （ 3）適合高速數據傳輸。造成碼間干擾的原因有很多，實際上，只要傳輸 信道的頻帶是有限的，就會造成一定的碼間干擾。對于包含 N 個子信道的 OFDM 系統(tǒng)來說， 當 N 個子信道都以相同的相位求和時，所得到的峰值功率就是均值功率的 N 倍。包括多個經過調制 的子載波的合成信號，其中每個子載波都受到相移鍵控 PSK 或者正交幅度調制 作 者 ： 崔 劍 16 QAM 符號的調制。由 于子載波的正交性，混頻和積分電路可以有效的分離各個子信道，如下式所示 : OFDM 系統(tǒng)中的 FFT/IFFT 作 者 ： 崔 劍 17 對圖 中的輸出 S t 在 t m 錯誤！未找到引用源。同理， 在接收端如圖 所示，框內部分也可以用 DFT 模塊來代替。點的IFFT ，而實施 FFT 運算時，需要在原始的 N 個輸入值后面添加 p1 N 個零，然后進行錯誤！ 未找到引用源。 保護間隔長度△ T 對 OFDM 系統(tǒng)的影響非常大，為了消除信道時延擴展的影 響，保護間隔的長度要足夠長。 用 matlab 可以畫出其頻譜密度仿真 圖。 s t d rec t e i 0 ?t ? 1 T ? ? ? i ? ? ? ? N i 0 ? 2 ? 加入循環(huán)前綴、循環(huán)后綴后的 OFDM 功率譜密度為： 2 1 N ?1 s f d 1 T 39。后來 , Peled 和 Ruiz 提出了用循環(huán)前綴填充保護間隔的方法 ,即把 Y 個樣 值的最后 M個復制到個 OFDM符號的前端作為保護間隔 ,利用循環(huán)卷積的概念 ,只 要循環(huán)前綴的長度大于信道的沖激響應 ,信道間仍是正交的。 圖 無循環(huán)前綴時產 生符號間干擾和載波間干擾示意圖 3 從圖 c 可以看出，載波 2 的延遲信號會在 FFT 的運算時間內產相 位的跳變，破壞了子載波的正交性，從而在接收機中會對載波 1 的解調造