【正文】 27 主要參考文獻 [1] Erik dahlman Stefan Par kvall Johan Skold Per Beming 著 . 繆慶育 徐斌等，《 3G 演進 HSPA 與 LTE》 [M].人民郵電出版社，北京， 2020. [2] 張重陽 楊家瑋 等 .《數(shù)字移動通信技術(shù)》 [M].第一版 . 西安電子科技大學(xué)出版社，西安， 2020. [3] 吳偉隣 牛凱 .《移動通信原理》 [M].第一版 . 電子工業(yè)出版社 .北京 . 2020. [4] 謝大雄 朱曉光 江華 . 《移動寬帶技術(shù) — LTE》 [M]. 人民郵電出版社 , 北京， . [5] 汪裕民 .《 OFDM 關(guān)鍵 技術(shù)與應(yīng)用》 機械工業(yè)出版社 .北京 . [6] 張華 .基于群居 OFDM 的高速數(shù)據(jù)傳輸 [D].西安電子科技大學(xué) .2020 [7] 唐嬋 .WIMAX 系統(tǒng)中 MIMO 分集與自適應(yīng)切換 [D].南京郵電大學(xué) .2020 。大愛無言，但愿自己將來好好努力，取得更好的成績來報道他們的關(guān)懷?，F(xiàn)在是我的論文導(dǎo)師，我由衷的感謝您對我的指導(dǎo)。 26 致謝 在論文完成之際，謹(jǐn)向所有給予我指導(dǎo)、幫助、關(guān)心和支持的老師、同學(xué)和家人表示最真摯的謝意！ 衷心感謝電子信息工程學(xué)院全體老師，尤其是各位曾經(jīng)給予我教導(dǎo)和幫助的各位老師，是你們讓我慢慢接受專業(yè)知識，并不斷進步的。 OFDM 正被應(yīng)用到第三代、第四代蜂窩網(wǎng)中，隨著人們對移動終端的要求越來越高，同樣對網(wǎng)絡(luò)格式提出了很大的要求，特別是傳輸速率，先階段 TD 與 FDD 所形成的 3G 網(wǎng)絡(luò)雖然在下載速度達到幾百幾百 KB 每秒，但仍然難以滿足部分人群對網(wǎng)絡(luò)能快速下載的要 求，在新建的 4G 網(wǎng)絡(luò)中，LTE 的上行與下行都采用了 OFDM 技術(shù)，加上與 CDMA 技術(shù)的結(jié)合，優(yōu)缺點互補成為了新一代移動通信的新技術(shù)。但 OFDM 對信道產(chǎn)生的頻率偏移和相位噪聲很敏感，并且峰均值比較大，這將會使發(fā)射功率增大，降低了放大器的效率。相比于多載波傳輸技術(shù)，單載波頻分多址技術(shù)能夠有效第降低發(fā)射信號的峰均值比，從而能夠提高功放的功率和增加小區(qū)覆蓋面積。當(dāng)系統(tǒng)采用短循環(huán)前綴時，每個時隙內(nèi)的第一和第五個 OFDM 符號來傳輸下行參考信號；當(dāng)系統(tǒng)采用 長循環(huán)前綴時，每個時隙的第一和第四個 OFDM 符號來傳輸下行參考信號。 表 51 可用的下行傳輸帶寬被劃分為固定個數(shù)的物理資源塊 帶寬 /MHz 子載波帶寬 /KHz 15 物理資源塊帶寬/KHz 180 可用的物理資源塊個數(shù) 6 12 25 50 75 100 與面向分組的網(wǎng)絡(luò)相比較， LTE 沒有使用物理層的前導(dǎo)信號來幫助完成載波頻偏的估計，定時同步以及信道估計等工作。如表 51所示， LET的規(guī)范定義了從 不等的系統(tǒng)帶寬參數(shù)。具體個數(shù)取決于對循環(huán)前綴的選擇。如圖 57 所示， LTE FDD 的 一個幀長度為 10ms，被分成 10個等分的子幀，每個子幀的長度為 1ms，其中每個子幀又被分為兩個時隙，每個時隙長度為 。在 OFDMA 方案中，用戶在一個預(yù)先設(shè)定好長度的時間段內(nèi)被分配到一定數(shù)目的子載波，用于該用戶的數(shù)據(jù)傳輸。系統(tǒng)在高達 120350km/h 的移動速度下仍能正常運行。 LTE 是以 OFDM 技術(shù)為基礎(chǔ)，構(gòu)成新一代無線網(wǎng)絡(luò)， LTE 的系統(tǒng)的最大帶寬為 20MHz,在這樣的帶寬下，下行峰值速率達到 100Mb/s,上行峰值速率達到 50Mb/s。 OFDM 在 LTE 中的應(yīng)用 在過去的 15 中， OFDM 因其高速傳輸速率和在無線環(huán)境中性能的穩(wěn)定性，人們不會擔(dān)心在多徑環(huán)境中，寬帶通信會受到頻率選擇性衰落的影響，同時 OFDM 還可以避免時域均衡帶來的復(fù)雜度，而使用循環(huán)前綴只占用很小的信道容量，這一個具有吸引力的調(diào)制方案。這樣子載波之間會出現(xiàn)很多的重疊，這時子載波之間的正交性受到破壞。 OFDM 碼元的周期為 Ts，然后經(jīng)過長度為Gmt 的擴頻碼擴頻每個子載波的帶寬為 Gmt/Ts。 3. MTCDMA MTCDMA 的發(fā)送框圖和功率譜圖如圖 56. 圖 56 MTCDMA 的發(fā)送框 圖和功率譜圖 圖中，調(diào)制 為 BPSK， Nc 為子載 波數(shù)目 ， Gmt 為擴 頻增益 ，而j12( ) , , )Mtj J JGC t C C C?（ 表示第 j 個用戶的擴頻碼。由圖可知，輸入信息比特先經(jīng)過串 /并變換后，并行的沒路信號經(jīng)過相同的短擴頻碼擴頻，然后在不同的子載波上進行調(diào)制，相鄰子帶間有一半重疊且保持正交關(guān)系。 圖 54 MCCDMA 發(fā)送框圖和功率譜圖 圖 中 調(diào) 制 方式 為 BPSK ， Nc 為 子載 波 數(shù) 目， Gmc 為 擴頻 增 益， 而j12( ) , , )MCj J JGC t C C C?（ 表示第 j 個用戶的擴頻碼，在圖中假設(shè)擴頻增益與子載波數(shù)目相等，即 Nc=Gmc。這也可以認為是數(shù)據(jù)信息在許多多載波碼片上同時進行發(fā)送。 (OFDMCDMA) MCCDMA 采用相關(guān)接收和可變增益合并，每個信息符號先經(jīng)過擴頻，擴頻后將每個碼片調(diào)制到一個子載波上，這是在頻域上進行的擴頻。 模擬前綴信號、與A/D 轉(zhuǎn)換 、與降頻轉(zhuǎn)換 FFT 映射 頻率解交織 幀同步 粗頻 率 偏差估計 AGC 信道估計 卷積譯碼器 時間解交織 RS 譯碼器 21 由此可見，將 OFDM 與 CDMA 有機結(jié)合將成為移動通信中富有競爭力的體制之一。 OFDM 是當(dāng)代 4G建設(shè)的核心技術(shù)，并行多載波傳輸理論與 CDMA 技術(shù)的結(jié)合已經(jīng)成為無線通信領(lǐng)域的一大熱點。碼分多址（ CDMA）技術(shù)是通過正交碼實現(xiàn)信道的復(fù)用來實現(xiàn)信道頻帶的有效利用。它即可以增大系統(tǒng)的容量，也可以避免多址干擾來提高系統(tǒng)的傳送速率，即克服了 CDMA 系統(tǒng)中兩個存在的主要缺點。其容量受到多徑干擾和多址干擾的限制，多徑干擾 產(chǎn)生的時域功率譜擴展與信息符號碼元之間的比值影響系統(tǒng)的容量大小。而 2k系統(tǒng)的取值之為 8k的 1/ DVB 系統(tǒng)的發(fā)射框圖 52與接收框圖圖 53。 圖 51 DAB 信號形成圖 數(shù)字電視廣播（ DVB）通過兩種模式利用 OFDM，這兩種模式的子載波個數(shù)分別為 1705 和 6817，根據(jù)這兩種不同的子載波個數(shù)可以選擇不同的 FFT/IFFT 規(guī)模，這樣這兩種模式也被稱為 2K 和 8K 模式。對于用戶來説，只要連個信號之間的傳播差異小于 OFDM 符號的保護間隔，就不會出現(xiàn)載波間干擾和符號間干擾。在單頻網(wǎng)絡(luò)中，用戶可以從不同的接受機同 時接收相同的信號。 OFDM 在 DAB、 DVB 中的應(yīng)用 數(shù)字音頻廣播（ DAB） 是使用 OFDM 技術(shù)的第一個系統(tǒng)，在頻譜方面它可以支持單頻網(wǎng)絡(luò)。 （ 2）存在較高的峰值平均功率比（ PAPR） 19 一個 OFDM 符號是由多個獨立的且經(jīng)過調(diào)制的子載波信號的疊加，在某個時刻，所疊加信號的瞬時功率會遠大高于信號的平均功率。如果定時的偏差量與時延擴展的最大長度之和仍沒有循環(huán)前綴的長度大，這樣子載波之間仍保持正交性，不會導(dǎo)致符號間干擾（ ISI） 和載波間干擾 (ICI),對恢復(fù)出來的數(shù)據(jù)信息符號的影響只是出現(xiàn)相位的旋轉(zhuǎn)。子載波的整數(shù)倍不會形成載波間干擾，但是解調(diào)出來的信息符號的錯誤率會達到 50%。而單載波多天線系統(tǒng)的復(fù)雜度與天線數(shù)量和多徑數(shù)量的乘積的冪成正比，這很不利于 MIMO 技術(shù)的在通信系統(tǒng)中的應(yīng)用。 （ 4）頻譜資源的靈活分配 為了獲得到最好的系統(tǒng)性能， OFDM 系統(tǒng)能夠通過靈活地選擇合適的子載波進行傳送，以便于完成動態(tài)的頻域資源分配，從而能夠更好的利用頻率分集和多用戶分集。很容易實現(xiàn)小到幾百 KHz,大到幾百 MHz 的帶寬。 （ 3）帶寬擴展性強 18 在 OFDM系統(tǒng)中，子載波的數(shù)量決定 了 OFDM信號帶寬的大小。 （ 2）抗多徑衰落 單載波信號的多徑均衡的復(fù)雜度隨著帶寬的增大而急劇增大，這難以支持較大的帶寬。 OFDMA（正交頻分多址）基于 OFDM 技術(shù)為基礎(chǔ)，實現(xiàn)小區(qū)內(nèi)各用戶之間正交性，從而很大程度上避免了用戶間干擾，保證了用戶的正常交流。在當(dāng)代，第三代網(wǎng)絡(luò) 3G，第四代網(wǎng)絡(luò) 4G(LTE)中都被廣泛的運用。隨著人對通信數(shù)據(jù)化，寬帶化和移動化的需求的增大，OFDM 技術(shù)在綜合無線接入領(lǐng)域?qū)泻艽蟮陌l(fā)展前景。這說明 OFDM 非常適合多徑無線 信道環(huán)境。這樣 OFDM 系統(tǒng)將高效的利用頻譜。 OFDM 系統(tǒng)是通過較低的傳輸速率，且彼此之間具有正交性的多個并行子載波上進行傳輸調(diào)制的。 17 第五章 OFDM 的應(yīng)用 OFDM 由多載波調(diào)制發(fā)展而來， OFDM 技術(shù)是多載波傳輸方案的實現(xiàn)方一，它利用快速傅里葉變換和快速傅里葉逆變換來實現(xiàn)它的調(diào)制和解調(diào)，是實現(xiàn)復(fù)雜 度最低，同時也是使用最廣范的一種多載波傳輸方案?？梢岳弥貜?fù)發(fā)送的 OFDM 符號子載波間的相位差來展開頻率跟蹤。一般來說，最初的頻偏估計一定要小于一半的子載波間隔。同時，也可以利用循環(huán)前綴的余性，通過在數(shù)據(jù)樣值和循環(huán)前綴樣值來進行積分跟蹤符號。 2. OFDM 符號的精細同步算法， OFDM 符號的跟蹤算法一般要基于頻域或者時域來進行相關(guān)運算。在系統(tǒng)同步過程的初步階段，時域誤差和頻域誤差都是不知道的，因此，同步算法必須具有充分的魯棒性，來適應(yīng)隨時變化的誤差。在捕獲階段系統(tǒng)利用比較復(fù)雜的同步算法，對相對長的時段的同步信息進行整理加處理，獲得初步的系統(tǒng)同步。后者不會引起碼間干擾，而前者卻能夠?qū)е聦ο到y(tǒng)的嚴(yán)重影響。一旦 FFT 處理窗發(fā)生延遲，則會引起 FFT 積分處理時 包含兩個OFDM 符號 ，即當(dāng)前符號與下一個符號樣值。圖 42給出了 FFT 處理窗位置與 OFDM 符號時序的相對關(guān)系圖。這種誤差對 OFDM 系統(tǒng)的影響也是很大的。時域偏移誤差 ? 在相鄰子載波間引起的相位誤差為 2/sfT??? 。但是它會導(dǎo)致 FFT 處理窗包含兩個 OFDM 符號，從而引入了 OFDM 符號間干擾（ ISI），并且即使 FFT 處理的位置有所偏移，也同樣會導(dǎo)致 OFDM 信號頻域的發(fā)送移動，隨著引起信噪比損失，導(dǎo)致誤比特率下降?？蓪τ诙噍d波來説，卻會引起子載波間相互干擾，因此， OFDM 系統(tǒng)對載波偏移要比單載波系統(tǒng)要敏感的多，這樣就對 OFDM 系統(tǒng)提出了更高的要求。在實際系統(tǒng)中，因本地時鐘源對產(chǎn)生的載波頻率會出現(xiàn)不可避免的誤差，總要依靠一些隨機相位生成信號，結(jié)果引起接收機接受的信號頻率與發(fā)送端的信號頻率不相符。 14 圖 41 頻率誤差造成 OFDM 系統(tǒng)產(chǎn)生載波間干擾 在 OFDM 系統(tǒng)中，要想正確接受信號，就要保證載波間的正交性，就要保證發(fā)送和接受的子載波完全同步