【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 到以上目標(biāo)，4G中必須采用其他相對(duì)于3G中的CDMA這樣的突破性技術(shù)，尤其是要研究在移動(dòng)環(huán)境和有限頻譜資源條件下，如何穩(wěn)定、可靠、高效地支持高數(shù)據(jù)速率的數(shù)據(jù)傳輸。因此，在4G移動(dòng)通信系統(tǒng)中采用了OFDM技術(shù)作為其核心技術(shù)，它可以在有效提高傳輸速率的同時(shí)，增加系統(tǒng)容量、避免高速引起的各種干擾，并具有良好的抗噪聲性能、抗多徑信道干擾和頻譜利用率高等優(yōu)點(diǎn)?！　”疚膶?duì)OFDM的基本原理以及其調(diào)制/解調(diào)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)和循環(huán)前綴技術(shù)進(jìn)行介紹，并在三個(gè)主要方面將OFDM與CDMA技術(shù)進(jìn)行對(duì)比分析?！　? OFDM技術(shù)分析　　 OFDM基本原理　　正交頻分復(fù)用的基本原理可以概述如下：把一路高速的數(shù)據(jù)流通過(guò)串并變換，分配到傳輸速率相對(duì)較低的若干子信道中進(jìn)行傳輸。在頻域內(nèi)將信道劃分為若干相互正交的子信道，每個(gè)子信道均擁有自己的載波分別進(jìn)行調(diào)制，信號(hào)通過(guò)各個(gè)子信道獨(dú)立地進(jìn)行傳輸?！　∮捎诙鄰絺鞑バ?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，形成符號(hào)間干擾，如果每個(gè)子信道的帶寬被劃分的足夠窄，每個(gè)子信道的頻率特性就可近似看作是平坦的。如圖1所示?！　∫虼耍總€(gè)子信道都可看作無(wú)符號(hào)間干擾的理想信道。這樣，在接收端不需要使用復(fù)雜的信道均衡技術(shù)即可對(duì)接收信號(hào)可靠地進(jìn)行解調(diào)。在OFDM系統(tǒng)中，通過(guò)在OFDM符號(hào)之間插入保護(hù)間隔來(lái)保證頻域子信道之間的正交性，以及消除由于多徑傳播效應(yīng)所引起的OFDM符號(hào)間的干擾。因此，OFDM特別適合于在存在多徑衰落的移動(dòng)無(wú)線信道中高速傳輸數(shù)據(jù)。OFDM的原理框圖如2所示。　　如圖2所示，原始高速率比特流經(jīng)過(guò)串/并變換后變?yōu)槿舾山M低速率的比特流d（M），這些d（M）經(jīng)過(guò)調(diào)制后變成了對(duì)應(yīng)的頻域信號(hào)，然后經(jīng)過(guò)加循環(huán)前綴、D/A變換，通過(guò)RF發(fā)送出去；經(jīng)過(guò)無(wú)線信道的傳播后，在接收機(jī)以與發(fā)送機(jī)相反的順序接收解調(diào)下來(lái)，從而得到原發(fā)送信號(hào)?！　D2中d（M）為第M個(gè)調(diào)制碼元；圖中的OFDM已調(diào)制信號(hào)D（t）的表達(dá)式為：　　式（1）中：T為碼元周期加保護(hù)時(shí)間；fn為各子載波的頻率，可表示為：　　式（2）中：f0為最低子載波頻率；Ts為碼元周期。　　在發(fā)射端，發(fā)射數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)常規(guī)QAM調(diào)制形成基帶信號(hào)。然后經(jīng)過(guò)串并變換成M個(gè)子信號(hào)，這些子信號(hào)再調(diào)制相互正交的M個(gè)子載波，其中/正交0表示的是載波頻率間精確的數(shù)學(xué)關(guān)系，其數(shù)學(xué)表示為QT0fx（t）fy（t）dt=0,最后相加成OFDM發(fā)射信號(hào)。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)支路，分別用M個(gè)子載波混頻和積分，恢復(fù)出子信號(hào)，再經(jīng)過(guò)并串變換和常規(guī)QAM解調(diào)就可以恢復(fù)出數(shù)據(jù)。由于子載波的正交性，混頻和積分電路可以有效地分離各子載波信道，如下式所示：　　式中dc（m）為接收端第m支路子信號(hào)。在整個(gè)OFDM的工作流程中OFDM與其他技術(shù)的主要區(qū)別在于其采用的調(diào)制/解調(diào)技術(shù)以及循環(huán)前綴的加入這兩個(gè)環(huán)節(jié)，下面將對(duì)其進(jìn)行較為詳細(xì)的分析?！　?OFDM調(diào)制/解調(diào)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)　　OFDM系統(tǒng)的調(diào)制和解調(diào)可以采用離散逆傅立葉變換（IDFT）以及離散傅立葉變換（DFT）來(lái)實(shí)現(xiàn)，在實(shí)際應(yīng)用中，可以采用更加方便快捷的逆快速傅立葉變換（IFFT）和快速傅立葉變換（FFT）技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)制和解調(diào)，這是OFDM的技術(shù)優(yōu)勢(shì)之一?！　∈紫炔豢紤]保護(hù)時(shí)間，將式（2）代入式（1）可得到如下等式：　　式中ts為串并變換前的信號(hào)周期，顯然，ts=1MTs。令X（t）為復(fù)等效基帶信號(hào)：　　對(duì)X（t）進(jìn)行抽樣，抽樣頻率為1ts,即tk=kts,則有：　　由上式可知X（t）=X（tk）為d（n）的傅立葉逆變換。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)。當(dāng)系統(tǒng)中的子載波數(shù)很大時(shí)，可以采用快速傅立葉變換（FFT/IF2FT）來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)制和解調(diào)，以顯著地降低運(yùn)算復(fù)雜度，從而在數(shù)字信號(hào)處理器DSP上比較容易實(shí)現(xiàn)，因此能夠達(dá)到簡(jiǎn)化4G通信系統(tǒng)中硬件實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度并減少設(shè)備成本的效果，現(xiàn)存的還有諸如矢量變換方式、基于小波變換的離散小波多音頻調(diào)制方式等，但這些方式與OFDM相比，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度相對(duì)較高，因而一般不會(huì)用于4G通信系統(tǒng)?！　?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(zhǎng)度Tg一般要大于無(wú)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?！　≡谶@段保護(hù)間隔內(nèi)，可以不插入任何信號(hào)，即保護(hù)間隔是一段空閑的傳輸時(shí)段。然而在這種情況中，由于多徑傳播的影響，會(huì)產(chǎn)生信道間干擾，即子載波之間的正交性遭到破壞，使不同的子載波之間產(chǎn)生干擾。為了消除由于多徑傳播造成的信道間干擾，將原來(lái)寬度為T的OFDM符號(hào)進(jìn)行周期擴(kuò)展，用擴(kuò)展信號(hào)來(lái)填充保護(hù)間隔，如下圖3所示：　　將保護(hù)間隔內(nèi)的信號(hào)稱為循環(huán)前綴（Cyclicprefix）。由圖3可以看出，循環(huán)前綴中的信號(hào)與OFDM符號(hào)尾部寬度為Tg的部分相同。在實(shí)際系統(tǒng)中，OFDM符號(hào)在送入信道之前，首先要加入循環(huán)前綴，然后送入信道進(jìn)行傳送。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)?！　⊥ㄟ^(guò)在OFDM符號(hào)內(nèi)加入循環(huán)前綴可以保證在FFT周期內(nèi)，OFDM符號(hào)的延時(shí)副本內(nèi)所包含的波形的周期個(gè)數(shù)是整數(shù)。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(guò)程中產(chǎn)生信道間干擾?！　⊥ㄟ^(guò)對(duì)上述兩個(gè)技術(shù)環(huán)節(jié)的分析可以看出，OFDM的調(diào)制解調(diào)技術(shù)可以降低硬件實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度；循環(huán)前綴技術(shù)可以有效消除由于多徑傳播造成的信道間干擾影響。這些對(duì)于4G通信系統(tǒng)降低設(shè)備成本以及提高信號(hào)質(zhì)量都是至關(guān)重要的?！　? OFDM與CDMA技術(shù)的比較分析　　作為4G中的核心技術(shù)，4G通信系統(tǒng)在頻譜利用率、高速率多媒體服務(wù)的支持、調(diào)制方式的靈活性及抗多徑信道干擾等方面優(yōu)于3G通信系統(tǒng)?！　∵@主要緣于4G采用的OFDM技術(shù)與3G中采用的CDMA技術(shù)在其技術(shù)特點(diǎn)上存在著差異。下面就從抗多徑干擾、調(diào)制技術(shù)以及峰均功率比這三個(gè)方面對(duì)OFDM與CDMA的技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比分析?！　?抗多徑干擾　　無(wú)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。　　CDMA系統(tǒng)中，為了減小多徑干擾，CDMA接收機(jī)采用了分離多徑（RAKE）分集接收技術(shù)來(lái)區(qū)分和綁定多路信號(hào)能量。為了減少干擾源，RAKE接收機(jī)提供一些分集增益。然而由于多路信號(hào)能量不相等，試驗(yàn)證明，如果路徑數(shù)超過(guò)7或8條，這種信號(hào)能量的分散將使得信道估計(jì)精確度降低，RAKE的接收性能下降就會(huì)很快?！　FDM將高速率的信號(hào)轉(zhuǎn)換成低速率的信號(hào)，從而擴(kuò)展了信號(hào)的周期，減弱了多徑傳播的影響，同時(shí)通過(guò)加循環(huán)前綴的方式，使各子載波之間相互正交，減少了ISI和各信道間的干擾，在4G的多媒體通信中能夠提高通信質(zhì)量。　　 調(diào)制技術(shù)　　CDMA系統(tǒng)中，下行鏈路采用了多載波調(diào)制技術(shù)，但每條鏈路上的調(diào)制方式相同，上行鏈路不支持多載波調(diào)制，這使得CDMA系統(tǒng)喪失了一定的靈活性；同時(shí)，由于此鏈路的非正交性，使得不同調(diào)制方式的用戶會(huì)產(chǎn)生很大的噪聲干擾?！　FDM的上、下行鏈路都采用多載波調(diào)制技術(shù)，并且每條鏈路中的調(diào)制方式也可以根據(jù)實(shí)際信道的狀況/自適應(yīng)調(diào)制0,從而更加靈活。在信噪比（SNR）滿足一定要求的前提下，對(duì)質(zhì)量好的信道可以采用高階調(diào)制技術(shù)（16QAM等）；在信道質(zhì)量差的情況下，可以采用低階調(diào)制技術(shù)（QPSK等），從而使系統(tǒng)可以在頻譜利用率和誤碼率之間得到最佳配置?！　?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(jiǎn)稱峰均比。　　在實(shí)際應(yīng)用中這是一個(gè)不容忽視的重要因素。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?！　DMA系統(tǒng)的PAPR一般在511dB,并會(huì)隨著數(shù)據(jù)速率和使用碼數(shù)的增加而增加。OFDM信號(hào)是由多個(gè)獨(dú)立的經(jīng)過(guò)調(diào)制的正交子載波信號(hào)疊加而成，這種合成信號(hào)有可能產(chǎn)生比較大的峰值功率，從而帶來(lái)較大的PAPR。目前，用來(lái)控制OFDM的PAPR的技術(shù)主要有以下兩種：　?。?）信號(hào)失真技術(shù)　　采用修剪技術(shù)、峰值窗口去除技術(shù)或峰值刪除技術(shù)使峰值振幅值簡(jiǎn)單地線性去除。　?。?）擾碼技術(shù)　　采用擾碼技術(shù)，使生成的OFDM的互相關(guān)性盡量為0,從而使OFDM的PAPR減少。具體的實(shí)現(xiàn)技術(shù)包括：編碼、局部擾碼、部分發(fā)送序列。　　綜上所述，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(guò)其他技術(shù)來(lái)降低其峰均功率比。與第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)相比，OFDM以其更加靈活的調(diào)制方式、更強(qiáng)的抗多徑干擾的能力以及更高的頻譜利用率，全面提高了4G通信系統(tǒng)的性能，改善了4G移動(dòng)業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量，并且大幅度降低了4G通信系統(tǒng)的成本，因而成為4G中不可或缺的核心技術(shù)。　　4 結(jié)語(yǔ)　　OFDM通過(guò)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。通過(guò)使用循環(huán)前綴，一方面消除了OFDM符號(hào)間干擾，另一方面保證了子載波之間的正交性，這對(duì)于頻率選擇性衰落信道克服多徑干擾尤其有效。但是，OFDM還不是盡善盡美并存在許多問(wèn)題需要解決。日后在4G的深入研究中應(yīng)考慮將OFDM與其他技術(shù)進(jìn)行結(jié)合（OFDMCDMA等），從而達(dá)到更好的通信質(zhì)量?；趯?dǎo)頻信號(hào)的MIMOOFDM 同步技術(shù)： 發(fā)布時(shí)間： 2011/03/07 | 373 次閱讀 | 0次推薦 | 0條留言 摘 要：MIMOOFDM 技術(shù)將成為第4 代移動(dòng)通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，因MIMOOFDM 對(duì)時(shí)間和頻率偏移非常敏感,因此MIMOOFDM 同步顯得尤為重要。提出了一種新的MIMOOFDM 定時(shí)同步和頻偏同步技術(shù)。以GCL 序列為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)了一個(gè)新的符合MIMOOFDM 同步技術(shù)的導(dǎo)頻序列，通過(guò)對(duì)該導(dǎo)頻序列進(jìn)行2 次相關(guān)得到頻率估計(jì)，并將所得頻率運(yùn)用到定時(shí)同步中，得到更為準(zhǔn)確的時(shí)間估計(jì)。仿真結(jié)果表明，在相同的信噪比情況下，該方法可以使得系統(tǒng)的誤碼率和幀傳送誤碼率相對(duì)傳統(tǒng)方法得到進(jìn)一步減小。　　0 引言　　移動(dòng)通信的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量、高速率的移動(dòng)多媒體傳輸。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。它利用許多并行的、低速率數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖虞d波來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)高速率的數(shù)據(jù)通信。多輸入多輸