【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 3。42 致謝43 附錄一：外文資料44 附錄二：中文翻譯53 江西理工大學(xué)2011屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第一章 緒論:移動(dòng)通信發(fā)展歷程 在當(dāng)今的人類社會(huì)，信息和通信兩個(gè)詞匯越來越多的出現(xiàn)在人們的生活當(dāng)中。信息是一種希望傳送、交換、存儲(chǔ)的，具有一定意義的抽象內(nèi)容，而通信則是信息的存儲(chǔ)、傳遞和交換。在20世紀(jì)90年代，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅猛發(fā)展，以及人們對(duì)多媒體業(yè)務(wù)需求的增加，移動(dòng)通信從第一代的模擬通信發(fā)展到了第二代的數(shù)字通信。 進(jìn)入新的世紀(jì)，通信技術(shù)又有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，伴隨著人們對(duì)寬帶業(yè)務(wù)和多媒體業(yè)務(wù)需求的增加，第三代移動(dòng)通信成為了研究的重點(diǎn)。雖然第三代移動(dòng)通信的傳輸速率相比第二代有了很大的提高但其數(shù)據(jù)傳輸速率也僅有2Mbit/s。而第四代移動(dòng)通信是以正交頻分復(fù)用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM)為核心技術(shù)。較之第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)，采用多種新技術(shù)的OFDM具有更高的頻譜利用率和良好的抗多徑干擾能力，它不僅僅可以增加系統(tǒng)容量，更重要的是它能更好的滿足多媒體通信要求，將包括語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、影像等大量信息在內(nèi)的多媒體業(yè)務(wù)通過寬頻信道高品質(zhì)的傳送出去[1]。 （1）第一代移動(dòng)通信技術(shù)(1G)主要采用的是模擬技術(shù)和頻分多址(FDMA)技術(shù)。由于受到傳輸帶寬的限制，不能進(jìn)行移動(dòng)通信的長(zhǎng)途漫游，只能是一種區(qū)域性的移動(dòng)通信系統(tǒng)。第一代移動(dòng)通信有多種制式，我國(guó)主要采用的是TACS。第一代移動(dòng)通信有很多不足之處，比如容量有限、制式太多、互不兼容、保密性差、通話質(zhì)量不高、不能提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、不能提供自動(dòng)漫游等。（2）第二代移動(dòng)通信技術(shù)(2G)主要采用的是數(shù)字的時(shí)分多址(TDMA)技術(shù)和碼分多址(CDMA)技術(shù)。全球主要有GSM和CDMA兩種體制。GSM技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是歐洲提出的，目前全球絕大多數(shù)國(guó)家使用這一標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)移動(dòng)通信也主要是GSM體制，比如中國(guó)移動(dòng)的135到139手機(jī)，中國(guó)聯(lián)通的130到132都是GSM手機(jī)。目前使用GSM的用戶占國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的97％。CDMA是美國(guó)高通公司提出的標(biāo)準(zhǔn)，目前主要在美國(guó)、韓國(guó)等國(guó)家使用。我國(guó)也已經(jīng)開始發(fā)展。其主要業(yè)務(wù)是語(yǔ)音，主要特性是提供數(shù)字化的話音業(yè)務(wù)及低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。它克服了模擬移動(dòng)通信系統(tǒng)的弱點(diǎn)，話音質(zhì)量、保密性能等都得到了很大的提高，并可進(jìn)行省內(nèi)、省際自動(dòng)漫游。第二代移動(dòng)通信替代第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)完成模擬技術(shù)向數(shù)字技術(shù)的轉(zhuǎn)變，但由于第二代采用不同的制式，移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，用戶只能在同一制式覆蓋的范圍內(nèi)進(jìn)行漫游，因而無法進(jìn)行全球漫游，且由于第二代數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)帶寬有限，限制了數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的應(yīng)用，也無法實(shí)現(xiàn)高速率的業(yè)務(wù)，如移動(dòng)的多媒體業(yè)務(wù)。 OFDM系統(tǒng)簡(jiǎn)介OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)即正交頻分復(fù)用技術(shù)[2]。實(shí)際上OFDM是MCM MultiCarrierModulation，多載波調(diào)制的一種。其主要思想是：將信道分成若干正交子信道，將高速數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換成并行的低速子數(shù)據(jù)流，調(diào)制到每個(gè)子信道上進(jìn)行傳輸。正交信號(hào)可以通過在接收端采用相關(guān)技術(shù)來分開，這樣可以減少子信道之間的相互干擾 ICI 。每個(gè)子信道上的信號(hào)帶寬小于信道的相關(guān)帶寬，因此每個(gè)子信道上可以看成平坦性衰落，從而可以消除符號(hào)間干擾。而且由于每個(gè)子信道的帶寬僅僅是原信道帶寬的一小部分，因而使得信道均衡變得相對(duì)容易。 OFDM發(fā)展歷史 正交頻分復(fù)用(OFDM)是一種特殊的多載波傳輸方案，它可以被看作一種調(diào)制技術(shù)，也可以被當(dāng)作一種復(fù)用技術(shù)。選擇OFDM的一個(gè)主要原因在于該系統(tǒng)能夠很好地對(duì)抗頻率選擇性衰落和窄帶干擾。正交頻分復(fù)用(OFDM)最早起源于20世紀(jì)50年代中期，在60年代就已經(jīng)形成了使用并行數(shù)據(jù)傳輸和頻分復(fù)用的概念。1970年1月首次公開發(fā)表了有關(guān)OFDM的專利。在傳統(tǒng)的并行數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中，整個(gè)信號(hào)頻段被劃分為N個(gè)相互不重疊的頻率子信道。每個(gè)子信道傳輸獨(dú)立的調(diào)制符號(hào)，然后再將N個(gè)子信道進(jìn)行頻率復(fù)用。這種避免信道頻譜重疊看起來有利于消除信道間的干擾，但是這樣又不能有效利用寶貴的頻譜資源。為了解決這種低效利用頻譜資源的問題，在20世紀(jì)60年代提出一種思想，即使用子信道頻譜相互覆蓋的并行數(shù)據(jù)傳輸信號(hào)，其中每個(gè)子信道內(nèi)承載的信號(hào)傳輸速率為b，而且要求各個(gè)子信道在頻域距離也是b，從而可以避免使用高速均衡，并且可以對(duì)抗窄帶脈沖噪聲和多徑衰落，而且還可以充分利用可用的頻譜資源。 OFDM的發(fā)展現(xiàn)狀 OFDM的提出已有近40年的歷史，第一個(gè)實(shí)際應(yīng)用是軍用的無限高頻通信鏈路。但這種多載波傳輸技術(shù)在雙向無線數(shù)據(jù)方面的應(yīng)用卻是近10年來的新趨勢(shì)。經(jīng)過多年的發(fā)展，該技術(shù)在廣播方式下的音頻和視頻領(lǐng)域已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。近年來，由于數(shù)字信號(hào)處理（DSP）技術(shù)的飛速發(fā)展，OFDM技術(shù)作為一種可以有效對(duì)抗ISI的高速傳輸技術(shù)，引起了廣泛的關(guān)注。OFDM技術(shù)已經(jīng)成功地應(yīng)用于非對(duì)稱數(shù)字用戶環(huán)路(ADSL)、無線本地環(huán)路（WLL）、數(shù)字音頻廣播（DAB）、高清晰度電視（HDTV）、無線局域網(wǎng)（WLAN）等系統(tǒng)中，它可以有效的消除多徑傳播造成的碼間干擾，因此在移動(dòng)通信中的運(yùn)用也是大勢(shì)所趨。，其中采用了OFDM的調(diào)制技術(shù)并將其作為它的物理層標(biāo)準(zhǔn)。歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（ETSI）的寬帶射頻接入網(wǎng)（BRAN）的局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)也把OFDM定為它的標(biāo)準(zhǔn)調(diào)制技術(shù)。 正交頻分復(fù)用(OFDM)是一種多載波數(shù)字通信調(diào)制技術(shù)，它的基本思想是將高速傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流通過串并轉(zhuǎn)換，變成在若干個(gè)正交的窄帶子信道上并行傳輸?shù)牡退贁?shù)據(jù)流。OFDM技術(shù)將傳送的數(shù)據(jù)信息分散到每個(gè)子載波上，使得符號(hào)周期加長(zhǎng)并大于多徑時(shí)延，從而有效地對(duì)抗多徑衰落。OFDM技術(shù)利用信號(hào)的時(shí)頻正交性，允許子信道頻譜有部分重疊，使得頻譜利用效率提高近一倍。 正交頻分復(fù)用技術(shù)其概念最早出現(xiàn)于20世紀(jì)50年代中期。60年代形成了并行數(shù)據(jù)傳輸和頻分復(fù)用的思想。離散傅立葉變換(DFT)的引入使實(shí)際應(yīng)用中可以依靠更為方便的快速傅立葉變換(FFT)來完成OFDM系統(tǒng)的調(diào)制和解調(diào)功能。80代，人們對(duì)多載波調(diào)制在高速M(fèi)ODEM、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。90年代，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)和超大規(guī)模集成電路的飛速發(fā)展為OFDM技術(shù)的實(shí)現(xiàn)掃除了障礙。DSP與FFT技術(shù)的結(jié)合，使得OFDM開始迅速發(fā)展并被廣泛應(yīng)用。隨著成熟技術(shù)的逐步引入，人們開始集中越來越多的精力開發(fā)OFDM技術(shù)在移動(dòng)通信領(lǐng)域的應(yīng)用。人們對(duì)通信數(shù)據(jù)化、寬帶化、個(gè)人化和移動(dòng)化的需求日益增長(zhǎng)，OFDM技術(shù)在綜合無線接入領(lǐng)域?qū)⒌玫綇V泛的應(yīng)用。此外，還由于其具有較高的頻譜利用率和良好的抗多徑干擾能力，而被看作是第四代移動(dòng)通信的核心技術(shù)之一。 目前OFDM技術(shù)主要的應(yīng)用領(lǐng)域有移動(dòng)通信領(lǐng)域、數(shù)字傳輸領(lǐng)域、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域和電力線網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域等。 OFDM技術(shù)主要有如下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：抗衰落能力強(qiáng)、頻帶利用率高、適合高速數(shù)據(jù)傳輸和抗碼間干擾能力強(qiáng)。 OFDM技術(shù)的不足之處包括：對(duì)相位噪聲和載波頻偏十分敏感、峰均值比大導(dǎo)致射頻放大器功率效率低、所需線性范圍寬、加載算法和自適應(yīng)調(diào)制會(huì)增加系統(tǒng)復(fù)雜度等。第二章 OFDM基本原理 無線通信系統(tǒng)的性能主要受到無線信道的制約，當(dāng)信號(hào)通過無線信道傳時(shí)，其衰落類型決定于發(fā)送信號(hào)特性及信道特性。信號(hào)參數(shù)與信道參數(shù)決定了不同的發(fā)送信號(hào)將經(jīng)歷不同類型的衰落。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(yīng)對(duì)措施。 無線信道對(duì)信號(hào)的衰減作用使接收信號(hào)的功率減小，它由傳播的路徑長(zhǎng)度、直達(dá)信號(hào)路徑中的障礙情況決定，任何阻擋在發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間的障礙都會(huì)引起信號(hào)功率的衰減。對(duì)于無線信道對(duì)接收信號(hào)造成的影響，我們可以按照大尺度效應(yīng)(LargeScale Effects)和小尺度效應(yīng)(smallScale Effects)從統(tǒng)計(jì)特性上來加以分別討論[5]。 當(dāng)接收機(jī)處于空間某一位置時(shí)，它在該位置附近接收到的信號(hào)功率的本地平均值(Local Mean)將受到大尺度效應(yīng)的影響，這些影響包括視(Lineofsight，LOS)路徑損耗、陰影(Shadowing)衰落等效應(yīng)。(1) 路徑損耗 當(dāng)發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間的距離在較大尺度上(數(shù)百米或數(shù)千米)變化時(shí)，接收信號(hào)的平均功率值與信號(hào)傳播距離d的n次方成反比。n稱為路徑損耗指數(shù)，n值的大小由具體的傳輸環(huán)境決定。對(duì)于自由空間的電波傳播，n取2。(2)陰影衰落 電磁波在空間傳播時(shí)受到地形起伏、高大建筑物的阻擋，在這些障礙物后面會(huì)產(chǎn)生電磁場(chǎng)的陰影，造成場(chǎng)強(qiáng)中值的變化，從而引起信號(hào)衰減，稱作陰影衰落。陰影衰落是以較大的空間尺度來衡量的，其統(tǒng)計(jì)特性通常符合對(duì)數(shù)正態(tài)分布。路徑損耗與陰影損耗合并在一起反映了無線信道在大尺度上對(duì)傳輸信號(hào)的影響，稱之為大尺度衰落。因?yàn)檫@種衰落對(duì)信號(hào)的影響反映為信號(hào)隨傳播距離的增加而緩慢起伏變化，所以也稱慢衰落。 小尺度衰落(smallscale Fading)反映的是傳輸距離在較小的尺度上(數(shù)個(gè)波長(zhǎng))變化時(shí)，接收信號(hào)電平均值變化趨勢(shì)。引起小尺度衰落的原因主要有兩個(gè): 多徑效應(yīng)(Multipath propagation)和多普勒效應(yīng)(Doppler effect)。(1)多徑效應(yīng)(Multipath propagation) 在無線傳播環(huán)境中，到達(dá)接收機(jī)天線的信號(hào)不是沿單一路徑而來，而是來自不同傳播路徑的信號(hào)之和，這就是多徑效應(yīng)。多徑分量到達(dá)時(shí)間、信號(hào)相位都不同，多個(gè)分量在接收端疊加，接收信號(hào)的幅度會(huì)發(fā)生快速變化，即產(chǎn)生衰落，稱為多徑衰落(Multipath fading)。(2)多普勒效應(yīng)(Doppler effect) 多普勒效應(yīng)(Doppler effect)是由于發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，或者信道路徑中物體的運(yùn)動(dòng)引起的。這種移動(dòng)性會(huì)導(dǎo)致接收信號(hào)的頻率發(fā)生偏移，即多普勒頻移(Doppler shift)，產(chǎn)生多普勒擴(kuò)展(頻率色散)，造成信道的時(shí)變特性(Time Variance)。 瑞利衰落分布和萊斯衰落分布都是用于描述小尺度衰落的統(tǒng)計(jì)特性。由于無線移動(dòng)信道里的多徑現(xiàn)象，使得接收信號(hào)的包絡(luò)呈現(xiàn)隨機(jī)性，其包絡(luò)一般服從瑞利(Rayleigh)衰落分布和萊斯(Rice)衰落分布。在無線移動(dòng)信道中，瑞利衰落分布常見的是用于描述平坦衰落信號(hào)或獨(dú)立多徑分量接收中包絡(luò)時(shí)變統(tǒng)計(jì)特性的一種衰落類型。萊斯衰落分布是由于在瑞利衰落分布的基礎(chǔ)上，存在一條直射路徑的影響而造成的。(1)瑞利衰落分布 瑞利分布是用于描述平坦衰落或獨(dú)立多徑分量情況下接收信號(hào)包絡(luò)統(tǒng)計(jì)特性的一種典型分布類型。