【正文】 DM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(shí)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(jī)相位生成信號，結(jié)果引起接收機(jī)接受的信號頻率與發(fā)送端的信號頻率不相符。A(f)A(f) 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一致。若頻率誤差不是保護(hù)時間的整數(shù)倍，則一個子載波的信號能量將被相鄰的兩個載波分散，這將導(dǎo)致子載波之間失去正交性，導(dǎo)致載波間干擾，同時也造成系統(tǒng)性能的下降。若頻率誤差是保護(hù)時間△f的整數(shù)倍，那么接受端接受到的QAM信號的子載波頻譜將平移N個載波位置。當(dāng)然，出了頻率，載波的相位也是需要同步的。其一是時域同步，這就要求OFDM系統(tǒng)必須找到OFDM符號的邊界和最佳采樣時刻，即找到最佳的采樣時鐘，從而使載波之間相互干擾和碼間干擾造成的影響最小。但對于多載波來説，載波頻率的偏移會引起子信道之間產(chǎn)生干擾，但OFDM系統(tǒng)要求子載波嚴(yán)格保持同步，這樣使得載波的頻率抖動帶來的影響將會更加嚴(yán)重。與此同時還將伴隨著相位噪聲，這樣將使實(shí)際的振蕩器不能在一個精確的頻率上工作而產(chǎn)生子載波，而是使子載波受相位影響而調(diào)制，結(jié)果使得作為相位的時間產(chǎn)物的頻率不能為一個常量，最后在OFDM的接收端將受到載波間干擾的嚴(yán)重影響。第四章 OFDM中的同步技術(shù)在OFDM系統(tǒng)中，子載波的同步是要求發(fā)送端和接收端具有相同的頻率。（MMSE） MMSE的估計(jì)性能要優(yōu)勝于LS估計(jì)算法，其形式為： （36）式中 為式（35）所定義， 表示噪聲的方差， （37） （38） （39）最小均方誤差估計(jì)的最大缺點(diǎn)是運(yùn)算量特別大。 （35）利用最小二乘估計(jì)方法得到的信道估計(jì)結(jié)果受高斯白噪聲和子載波間干擾（ICI）的影響很大。 在安排導(dǎo)頻符號時，還應(yīng)當(dāng)盡量保證1幀中的第一個和最后一個OFDM符號內(nèi)包含有導(dǎo)頻符號，同時能夠讓第一個和最后一個子信道中也包含有導(dǎo)頻符號， 這樣就能保證每幀邊緣的估計(jì)值相對比較準(zhǔn)確。（2）導(dǎo)頻的數(shù)量。 （31）考慮到同步誤差和一些其他相關(guān)誤差，我們可以參照導(dǎo)頻間隔關(guān)系如下： （32）完成導(dǎo)頻的信道估計(jì)需要以導(dǎo)頻的選擇與插入為基礎(chǔ)，對于導(dǎo)頻的選擇與插入有以下結(jié)論：（1）最優(yōu)導(dǎo)頻位置。即無失真恢復(fù)的抽樣間隔必須小于抽樣信號兩倍帶寬的倒數(shù)。為了有效避免頻率選擇性衰落，子載波間隔被要求比信道的相關(guān)帶寬要小很多。梳狀導(dǎo)頻主要在快衰落的無線信道中使用，梳狀導(dǎo)頻均勻分布在每個OFDM塊中，梳狀導(dǎo)頻因有更高的重傳率，使得在快衰落信道下梳狀導(dǎo)頻估計(jì)的效果更好。 導(dǎo)頻圖案的選擇 導(dǎo)頻插入有塊狀導(dǎo)頻和梳狀導(dǎo)頻兩種方法。在當(dāng)代無線通信系統(tǒng)中信道信息已經(jīng)被充分的利用。信道估計(jì)的原則就是使某種估計(jì)誤差最小化，同時還要求降低算法的復(fù)雜度，并且具有可實(shí)現(xiàn)性。 信道估計(jì)可以定義為描述物理信道對輸入信號的影響而進(jìn)行數(shù)學(xué)研究的過程，是信道對輸入信號影響的一種估計(jì)表示。 常見的信道估計(jì)方法有基于導(dǎo)頻信道和基于導(dǎo)頻符號兩種方式，但是由于多載波系統(tǒng)具有時頻二維結(jié)構(gòu)特性，使得后者的設(shè)計(jì)更靈活方便，即可以同時在時間軸和頻率軸兩個方向添加導(dǎo)頻符號，在接受端用導(dǎo)頻符號來估計(jì)信道傳輸函數(shù)。其中無線傳播信道不像有線那樣固定可以預(yù)見，它具有很大的隨機(jī)性，會引起傳輸信號的幅度、相位、頻率的失真，產(chǎn)生符號間干擾等。第三章 OFDM信道估計(jì) 無線通信系統(tǒng)的性能主要受到無線信道的制約和影響。 例外，增大滾降因子，雖然可以使帶外衰減更迅速，但是降低了OFDM系統(tǒng)對多徑時延的容忍程度。T T圖26 OFDM加窗后的時序結(jié)構(gòu)OFDM加窗的處理過程：首先Nc個QAM符號填0得到N個符號進(jìn)行IFFT運(yùn)算，然后將IFFT輸出的尾部的Tprefix個樣值添加到OFDM符號的頭部，將OFDM符號頭部的Tpostfix樣值添加到OFDM符號的尾部。因?yàn)榍昂笙噜彽腛FDM符號有一部分疊加，因此它比實(shí)際的符號持續(xù)的時間要短。對OFDM符號“加窗”可以使信號周期邊緣的幅度值逐漸過渡到零。則可以看出，OFDM的帶外衰減是比較慢的。OFDM符號周期第一條到達(dá)徑信號第二條到達(dá)徑信號多徑時延保護(hù)時間FFT積分時間相位跳變圖25 兩徑信道中OFDM符號的傳播示意圖 加窗技術(shù)前面已經(jīng)接受了OFDM符號的生成、采用循環(huán)前綴消除碼間干擾。圖中的保護(hù)時間大于多徑時延，因此，第二條徑的相位跳變點(diǎn)正好在保護(hù)時間內(nèi)，接收機(jī)接收到的是滿足正交特性的多載波信號，不會引起性能損失。由圖25所示為多徑效應(yīng)影響OFDM的示意圖。為了消除ICI，OFDM符號可以向保護(hù)時間內(nèi)插入循環(huán)擴(kuò)展信號，稱為循環(huán)前綴（CP）,在其中加入CP后輸入輸出的關(guān)系式為： （25）插入的循環(huán)擴(kuò)展信號是將OFDM符號尾部的信號牽移到頭部結(jié)構(gòu)，因而能夠保證有時延的OFDM信號在FFT積分周期內(nèi)總是可以具有整倍數(shù)周期。子載波1延遲的子載波2子載波2對子載波1的干擾部分保護(hù)時間FFT積分時間OFDM符號周期圖24 子載波的正交性遭破壞如圖24所示，當(dāng)OFDM接收機(jī)對子載波1的信號進(jìn)行解調(diào)時，會引起子載波2對它的干擾，同理亦然。保護(hù)時間加入保護(hù)間隔的N+M點(diǎn)數(shù)據(jù) 0…………0……… 0共M個0N點(diǎn)數(shù)據(jù)塊圖23 插入保護(hù)間隔圖示但此時由于多徑效應(yīng)的影響，子載波之間可能不能維持相互正交，從而引起子載波間干擾（ICI），即子載波之間的正交性受到破壞。把保護(hù)間隔（GI）插入在每個OFDM符號之間, 以便消除塊間干擾，并且要保證保護(hù)間隔的長度要大于通信信道中的最大時延擴(kuò)展，即在N個數(shù)據(jù)塊后增加M個0。為了避免子載波間干擾，對OFDM系統(tǒng)的采樣頻率提出了更高的要求。但此時成形的符號不像普通的系統(tǒng)，形成的脈沖不在時域里，而是在頻域完成的。如果數(shù)據(jù)矢量為全1矢量，則單個子載波的頻譜和由9個子載波構(gòu)成的OFDM符號的頻譜如圖22所示。例如對第k路子載波進(jìn)行解調(diào)，可以得到式（23）。 （22）式中， 表示調(diào)制的標(biāo)準(zhǔn)正交子載波矢量，即滿足關(guān)系,表示并行發(fā)送信號矢量，式中信號的實(shí)部與虛部相對應(yīng)同相分量和正交分量。 （21）式中， N表示子載波數(shù)目； 表示第i路的基帶復(fù)數(shù)據(jù)信號； 表示中心載波頻率。OFDM系統(tǒng)框圖如圖21所示。由于N路數(shù)據(jù)流的傳播速度是原來的1/N倍,即符號周期擴(kuò)大為原來的N倍，比信道的延遲擴(kuò)展的最大值還要大，把寬的頻率選擇性信道調(diào)制為N個均衡和較為簡單的窄帶平坦衰落信道，從而具有較強(qiáng)的抗多徑衰落和抗脈沖干擾能力。例如，為了容忍較高的時延擴(kuò)展，則子載波數(shù)目要求提高，但這將使得系統(tǒng)對于多普勒效應(yīng)更加敏感，反之亦然。這些因素的選擇要依靠系統(tǒng)的應(yīng)用與傳播環(huán)境的要求，如有效系統(tǒng)帶寬、能夠容忍的多徑時延及多普勒頻移等。在OFDM系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，我們需要考慮一些重要的因素。對于并行傳輸?shù)牡退僮虞d波來説，因?yàn)镺FDM符號周期展寬，而讓多徑效應(yīng)導(dǎo)致擴(kuò)展的時延相對減小。接收端則執(zhí)行相反的過程。在OFDM系統(tǒng)中每個傳輸符號速率范圍是幾十比特/秒至幾千比特/秒。編碼發(fā)送端接受端交織數(shù)字調(diào)制插入導(dǎo)頻串/并轉(zhuǎn)換IFFT FFT串/并轉(zhuǎn)換插入循環(huán)前綴和加窗DACRF TXRF TXDAC定時和頻率同步去除循環(huán)前綴串/并轉(zhuǎn)換串/并轉(zhuǎn)換信道校正數(shù)字解調(diào)解交織解碼圖11 OFDM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖在此圖串/并轉(zhuǎn)換中，由于數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡湫托问绞谴袛?shù)據(jù)流，符號被連續(xù)傳輸，每一個數(shù)據(jù)符號的頻譜可以占據(jù)整個可以使用的帶寬。目前OFDM技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于廣播式的音頻、視頻領(lǐng)域和民用通信系統(tǒng)，例如數(shù)字音頻廣播（DAB）、高清晰度數(shù)字電視（HDTV）和無線局域網(wǎng)（WLAN）。直到 80年代，MCM獲得了快速的發(fā)展，大規(guī)模集成電路系統(tǒng)讓FFT技術(shù)的完成不再是難以攻克的問題，一些其他難以攻克的困難也都被解決，自此，人們才研究如何將OFDM技術(shù)的研究深入到無線調(diào)頻信道上的寬帶數(shù)據(jù)傳輸。但由于一些技術(shù)未能突波，使得OFDM理論的邁進(jìn)放慢。美國軍方早在五六十年代就創(chuàng)建了世界上第一個MCM系統(tǒng)。這樣雖然能夠消除不同信道互相之間的干擾，但卻犧牲了頻譜的使用效率。在以往的多載波移動通信方案中，整個系統(tǒng)頻域被劃分為許多個相互分開的子信道。第一章 OFDM的發(fā)展歷程OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）即正交頻分復(fù)用技術(shù)，OFDM并不是新生事物，它實(shí)際上是MCM(Multicarrier Modulation)多載波調(diào)制發(fā)展而來。由于OFDM具有抗多徑干擾能力強(qiáng)，頻譜利用率高，成本低等優(yōu)點(diǎn)，因此受到廣泛關(guān)注，人們不但認(rèn)為在寬帶無線接入領(lǐng)域采用OFDM是一種趨勢，而且在未來移動通信系統(tǒng)中也會扮演重要角色。OFDM在頻域把傳播信道分解