【正文】 進(jìn)行研究。 4. 信道編碼與交織 采用信道編碼和交織是提高數(shù)字通信系統(tǒng)性能 的常用方法。采用修剪技術(shù)、峰值窗口去除技術(shù)或峰值刪除技術(shù)使峰值振幅簡單地線性去除。 OFDM 系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù) OFDM 系統(tǒng)中涉及到的關(guān)鍵技術(shù)主要有： 1. 時頻同步技術(shù) 第 11 頁 共 33 頁 在單載波系統(tǒng) 中，載波頻率的偏移只會對接收信號造成一定的衰減和相位旋轉(zhuǎn)，這可以通過均衡等方法來加以克服。 第 9 頁 共 33 頁 6 0 4 0 2 0 0 20 40 602 1 . 51 0 . 500 . 511 . 52T r a n s m i t t e d O F D M s i g n a l s p e c t r u m 圖 發(fā)端的 OFDM 信號頻譜圖 6 0 4 0 2 0 0 20 40 60 2 0 1 5 1 0505101520R e c e i v e d O F D M s i g n a l s p e c t r u m 圖 接收端的 OFDM 信號頻譜圖 第 10 頁 共 33 頁 OFDM 技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn) 近年來， OFDM 系統(tǒng)已經(jīng)越來越得到人們的廣泛關(guān)注，其原因在于 OFDM 系統(tǒng)有如下的優(yōu)點(diǎn)： 1. OFDM 系統(tǒng)把高速數(shù)據(jù)流通過串并轉(zhuǎn)換，使得每個子載波上的數(shù)據(jù)符號持續(xù)長度相對增加，從而可以有效地減 小無線信道的時間彌散所帶來的 ISI，這樣就減小了接收機(jī)內(nèi)均衡的復(fù)雜度，有時甚至可以不采用均衡器，僅通過采用插入循環(huán)前綴的方法消除 ISI 的不利影響。每個子信道上的信號帶寬小于信道的相關(guān)帶寬，因此每個子信道都可以看作是一個平坦衰落信道，從而可以減輕無線信道時間彌散性所帶來的 ISI 影響。通過 N 點(diǎn) IDFT 運(yùn)算， 將頻域數(shù)據(jù)符號 id 變換為時域信號 s（ k），經(jīng)過載波調(diào)制之后，發(fā)送到信道中。圖 中給出了 OFDM 系統(tǒng)的調(diào)制和解調(diào)框圖，其中 Tiff ci /?? ?；谶@一點(diǎn)，對 ML 算法進(jìn)行了詳細(xì)研究分析的基礎(chǔ)上，對原有的基于循環(huán)前綴的同步算法改進(jìn)并進(jìn)行性能仿真。Baoguo Yang 提出了另一種基于導(dǎo)頻的完整時間同步方案 [10]，符號 粗同步利用循環(huán)前綴的部分相關(guān)運(yùn)算完成，將粗同步后的剩余誤差看作物理路徑的第一徑時延，利用路徑時延估計(jì)的方法獲得符號精同步，同步跟蹤主要是解決采樣時鐘頻率偏差造成的符號定時漂移問題。隨著人們對通信數(shù)據(jù)化、寬帶化、個人化和移動化的需求， OFDM 技術(shù)在綜合無線接入領(lǐng)域?qū)⒃絹碓降玫綇V泛的應(yīng)用。由于 OFDM 的各個子載波之間相互正交， 和 提出了使用離散傅立葉 (DFT, Discrete Fourier Transform)實(shí)現(xiàn)多載波 的基帶調(diào)制和解調(diào) [3]，這樣便不再對每個子載波都使用模擬前端，從而降低了系統(tǒng)的復(fù)雜度，為 OFDM 的演進(jìn)過程做出了巨大的貢獻(xiàn)。因此，本論 文圍繞 OFDM 系統(tǒng)中的同步問題開展研究。同步 。 DAB 是在現(xiàn)有模擬 AM(Amplitude Modulation)和 FM(Frequency Modulation)音頻廣播的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它可以提 供更優(yōu)質(zhì)的語音質(zhì)量、更新的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)以及更高的頻譜效率，它所提供的語音質(zhì)量可以與 CD(Compact Disc)音質(zhì)相媲美 [5]。 因此 ,本文圍繞 OFDM 系統(tǒng)中的同步問題開展 研究和探索分析。 利用虛擬子載波進(jìn)行同步估計(jì)最早是由 Hui Liu 和 Ufuk Tureli 提出的算法 [11]，被稱為類 MUSIC 算法。 最后，對全文進(jìn)行了總結(jié)并提出了進(jìn)一步的研究工作 第 4 頁 共 33 頁 OFDM 系統(tǒng)原理及關(guān)鍵技術(shù) OFDM 系統(tǒng)原理 OFDM 是一種無線環(huán)境下的高速傳輸技術(shù)，其原理是把高速的數(shù)據(jù)流通過串并變換為若干路低速的數(shù)據(jù)流，并分配到若干子信道上，即用這些低速的數(shù)據(jù)流去調(diào)制相應(yīng)的子載波。如圖 所示為一個包含四個子載的 OFDM 符號的時域圖和頻域圖。在這段保護(hù)間隔內(nèi)可以不插任何信號，即是一段空白的傳輸時段，如圖 所示。但該系統(tǒng)也存在一些技術(shù)難題，比如：同步問題、峰均比等等一些問題。 4. 無線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)一般都存在非對稱性，即下行鏈路中的傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于上行鏈路中的數(shù)據(jù)傳輸量，如 Inter 業(yè)務(wù)中的網(wǎng)頁瀏覽、 FTP(File TransferProtocol)下載等，另一方面，移動終端功率一般小于 1W，在大蜂窩環(huán)境下傳輸速率低于 10100kbits/s。 由于發(fā)送端和接收端之間的采樣時鐘有偏差，每個信號樣本也都有一定程度的偏離它真實(shí)的采樣時間，隨偏差樣本的數(shù)量的增加而 線性增大，盡管時間偏差破壞子載波之間的正交性，但通常情況下可以忽略不計(jì)。這里的擾碼技術(shù)可以對生成的 OFDM 信號的相位進(jìn)行重置，典型的有 PTS(Partial Transmit Sequence)和 SLM(Selective mapping)。 5. 自適應(yīng)技術(shù) 自適應(yīng)技術(shù)是根據(jù)信道的變化自適應(yīng)地改變調(diào)制方式（星座點(diǎn)數(shù)）、編碼率、發(fā)送功率等參數(shù)，以便最大限度的發(fā)送信息。但是由于每個 OFDM 符號是由經(jīng)串并轉(zhuǎn)換的 N 個樣值符號組成的，所以在 OFDM 系統(tǒng)中，除了上述數(shù)字通信系統(tǒng)中的載波同步和符號同步，還應(yīng)包括樣值同步，如圖 所示， OFDM 系統(tǒng)中的樣值同步包括樣值定時同步和樣值頻率同步。考慮到各種不同偏差之間的乘積項(xiàng)很小，將其忽略后上式變?yōu)椋? ??? ??????? 10 )]/?/?([s i n)]?/?([s i n1 Nm scssscssmk NTfNkTTm TfNkTTmsNR ? ? （ ） ???? ???? ????????? )2?/?)(/11( jtfjTfNkTTmNj ycscsse 為了得到所期望的符號，分解上式得到 : )]/?/?([s in )]?/?([s in1NTfNTTk TfNTTmsNR scss scsskk ?? ??? ? ? ???? ???? ????????? )2?/?)(/11( jtfjTfNkTTmNj ycscsse （ ） ????????? 10 ,Nkmmmkmkkk ISIS ? 其中 ]/)?/?(s in [ )]?/?(s in [, NTfNkTTmN TfNkTTmI scss scssmk ??? ???? ?? ???? ???? ????????? )2?/?)(/11( jtfjTfNkTTmNj ycscsse 表示其他子信道符號對期望符號的干擾。 因此，本文研究的算 法同時考慮了符號定時和頻率偏移估計(jì)。類 MUSIC 算法繼承了子空間算法估計(jì)精度高的優(yōu)點(diǎn)，但該算法需要在單位圓上搜索使代價(jià)函數(shù)最小的 z 值，計(jì)算復(fù)雜度較高。 目前，已有不少文獻(xiàn)對 OFDM 通信系統(tǒng)的各種同步技術(shù)進(jìn)行了探討 [8][12][15]。為便于分析，假設(shè) 第 18 頁 共 33 頁 0??cf 、 0??? 、 0??sT 且 0??yt 。則接收端各點(diǎn)的信號可表示為： )??2()2()??2()2()()( )]()([)(???????????????????????tfjtfjtfjfjccccetetxetetxty （ ） 采樣后得到數(shù)據(jù)流 ??sr ??? ??? ?????? )?2(?? )()( scSs TnfjTntTntn etxtyr 1,2,1,0 ?? Nn ? () 其中 )??2( ?)( sTntctfjet ???? ???? 對數(shù)據(jù)流 ??nr 進(jìn)行傅立葉變換，并將 ??nr 的表達(dá)式帶入上式進(jìn)行化簡，容易得到 NnkjNn nk erR/210?????? NnkjNnNmTnfjNTTmnjm eeesN scss /21010)?2()/(?21 ???? ? ?????????? ? ?????? ?? ? ?????????? ???? 1010) ) ]?/(?[(2 )(NmNmTfNTkTTmnjmj scsssesNe ??? () ???? ????? ???? ???????? ?)]?/()?[(2)?(210 1?)/(1scsssssTfNTkTTmj scskTTmjNm mje TfNTesNe ?? ? ?? ?????? ??? ?????????fTfNkTTmNjscssscssNm mscseNTfNkTTm TfNTTmsN )?/?)(/11(10 )]/?/?(s i n [)]?/?(s i n [1 1,2,1,0, ?? Nknm ? 其中 Nnkje /2??? ????? 都是由于噪聲所引起的干擾。下一章將針對 OFDM 的同步技術(shù)問題加以研究。在實(shí)際中，導(dǎo)頻信息的選擇和最佳估計(jì)器的設(shè)計(jì)又是相互關(guān)聯(lián)的，因?yàn)楣烙?jì)器的性能與導(dǎo)頻信息的傳輸方式有關(guān)。但是把大的 PAR 值的 OFDM 信號去掉會影響信號的性能，所以采用的技術(shù)必須保證這樣的影響盡量小，一般通過以 下幾種技術(shù)解決： (a) 信號失真技術(shù)。 3. OFDM 所采用的自適應(yīng)調(diào)制技術(shù)以及加載算法會增加發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的復(fù)雜度，并且當(dāng)終端移動時速高于 30km 時，信道變化加快，刷新頻率增加，用于跳頻的比特開銷也相應(yīng)增加，因此，自適應(yīng)調(diào)制會變得比較不適合，同時也會降低系統(tǒng)效率。所以，收端也應(yīng)該是這個輪廓。 由前面講 述可知， OFDM 是一種多載波調(diào)制技術(shù)，將信道分成若干正交子信道，將高速數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換成并行的低速子數(shù)據(jù)流，并調(diào)制到每個子信道上進(jìn)行傳輸。在接收端，為了恢復(fù)出原始的數(shù)據(jù)符號 id ，可以對 s（ k）進(jìn)行 DFT變換，得到： ??? ???10 1N0i )2e x p ()(Nii Nkijksd ? () 根據(jù)上述分析可以看到， OFDM 系統(tǒng)的調(diào)制和解調(diào)可以分別由 IDFT/DFT 來代替。如果 N 表示子信道的個數(shù) T 表示 OFDM 符號的寬度)1,1,0( ?? Nid i ? 是分配給每個子信道的數(shù)據(jù)符號， sf 是第 0 個子載波的載波頻率，2/,1)( tttrect ?? ,則從 stt? 開始的 OFDM 符號可以表示為： ???????????????? ??? tTtt t0 t)])((2e xp [)2()(ss10 s或Ni sscsiTttttTifjTttr e c tdts ? （ ） 第 5 頁 共 33 頁 其中實(shí)部和虛部分別對應(yīng)于 OFDM 符號的同相分量和正交分量，在實(shí)際系統(tǒng)中可以分別與相應(yīng)子載波的 cos 分量和 sin 分量相乘， 構(gòu)成最終的子信道信號和合成的 OFDM 符號。本文針對在 ML 算法中，在對利用循環(huán)前綴和其相對應(yīng)部分的相關(guān)性來完成同步的過程中，發(fā)現(xiàn)此類算法中沒有完全利用兩者之間的相關(guān)性，造成了估計(jì)性能的降低。由 Y. H. Kim 等人對文獻(xiàn) [8]提出了一種改進(jìn)算法 [9],該算法用一個訓(xùn)練序列便能完成符號定時和頻偏估計(jì)，該算法在不增加復(fù)雜度的情況下達(dá)到了同樣的性能，而且還提高了系統(tǒng)的效率，因?yàn)橹皇褂昧艘粋€訓(xùn)練序列就完成了符號定時估計(jì)和頻率偏移估計(jì)。 OFDM 由于其頻譜利用率高、成本低等優(yōu)點(diǎn)越來越受到人們的關(guān)注。但在很長一段時間內(nèi) OFDM 技術(shù)由理論向?qū)嵺`邁進(jìn)的過程放慢了。在 OFDM 系統(tǒng)中，進(jìn)行精確的時頻偏差估計(jì)非常重要。符號定時偏移估計(jì)；頻率偏移估計(jì) Research on basic principle and key technology of OFDM ChenYou (Grade 11,Class 3,Major of Communication