OFDM與載波聚合的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)畢業(yè)論文

1、 . . . 西西 安安 郵郵 電電 學(xué)學(xué) 院院 畢業(yè)畢業(yè) 設(shè)設(shè) 計(jì)（論計(jì)（論 文）文）題 目：OFDM 與載波聚合的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 院 （系）： 通信與信息工程學(xué)院 專(zhuān) 業(yè)： 通信工程 班 級(jí)： 通工 0714 班 學(xué)生： 任明明 導(dǎo)師： 靜職稱： 高級(jí)工程師 起止時(shí)間：2011 年 1 月 3 日至 2011 年 6 月 10 日 . . . / 49西西 安安 郵郵 電電 學(xué)學(xué) 院院畢業(yè)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)( (論文論文) )任務(wù)書(shū)任務(wù)書(shū)學(xué)生學(xué)生任明明任明明指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師靜靜職稱職稱高工高工院院( (系系) ) 通信與信息工程學(xué)院通信與信息工程學(xué)院專(zhuān)業(yè)專(zhuān)業(yè)通信工程通信工程題目題目OFDMOFDM

2、與載波聚合的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)與載波聚合的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)任務(wù)與要求任務(wù)與要求 1.調(diào)研 3G 移動(dòng)通信 OFDM 的應(yīng)用現(xiàn)狀。2. 學(xué)習(xí)無(wú)線信道的衰落特性，編寫(xiě)瑞利信道。3. 學(xué)習(xí) OFDM 的基本原理，仿真 OFDM 的性能增益。4. 調(diào)研分析 100MHz 傳輸帶寬時(shí)載波聚合的需求分析與必要性。5. 設(shè)計(jì) 100MHz 傳輸帶寬時(shí)載波聚合的方案。6. 對(duì) 100MHz 傳輸帶寬時(shí)載波聚合方案進(jìn)行仿真驗(yàn)證。開(kāi)始日期開(kāi)始日期20112011 年年 1 1 月月 3 3 日日完成日期完成日期20112011 年年 6 6 月月 1010 日日院院 長(zhǎng)長(zhǎng)( (簽字簽字) )20112011年年1 1月月7 7

3、日日 . . . / 49西西 安安 郵郵 電電 學(xué)學(xué) 院院畢畢 業(yè)業(yè) 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì) ( (論文論文) ) 工工 作作 計(jì)計(jì) 劃劃 20112011 年年 1 1 月月 3 3 日日學(xué)生學(xué)生_ _任明明任明明_ _指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師_靜靜 職稱職稱 高級(jí)工程師高級(jí)工程師 院（系）院（系） 通信與信息工程學(xué)院通信與信息工程學(xué)院_ _ 專(zhuān)業(yè)專(zhuān)業(yè) 通信工程通信工程 題目題目 OFDMOFDM 與載波聚合的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)與載波聚合的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) _工作進(jìn)程工作進(jìn)程1 月 3 日至 3 月 1 日 了解 OFDM 的算法原理和實(shí)際應(yīng)用,了解 4G 移動(dòng)通信系統(tǒng)寬帶傳輸?shù)男枨蠛突窘鉀Q方案。 統(tǒng)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)與波束

4、形成相關(guān)知識(shí)。 3 月 2 日至 3 月 22 日 學(xué)習(xí)無(wú)線信道的傳播特性,掌握相干時(shí)間，相干 帶寬等概念，用 MATLAB 工具編寫(xiě)瑞利衰落信道。利衰落信道。3 月 23 日至 4 月 23 日 學(xué)習(xí) OFDM 算法，了解 OFDM 和 MIMO 結(jié)合的性能 優(yōu)勢(shì),并用 MATLAB 程序仿真 OFDM 算法的性能。4 月 24 日至 5 月 10 日 設(shè)計(jì)支持 100MHz 傳輸帶寬下的載波聚合方案， 仿真其性能增益。3 月 2 日至 5 月 15 日 撰寫(xiě)論文，完成論文初稿。5 月 15 日至 5 月 30 日 完善并修改畢業(yè)論文。6 月 1 日至 6 月 10 日 準(zhǔn)備答辯。主要參考書(shū)

5、目(資料)1. 大成，移動(dòng)傳播環(huán)境-理論基礎(chǔ)、分析方法和建模技術(shù)M.:機(jī)械工業(yè).2003.8. 2. 周恩，光，呂召彪.下一代寬帶無(wú)線通信 OFDM 與 MIMO 技術(shù)M.:人民郵電出社.2008.5.3. 王文博，侃. 寬帶無(wú)線通信 OFDM 技術(shù)M.:人民郵電出社. 2003.11.起 止 時(shí) 間工 作 內(nèi) 容 . . . / 494Cheong Yui Wong,etc. Multiuser OFDM with adaptive subcarrier, bit, and power allocationJ. IEEE Journal on Selected Areas in Commun

6、ications, Oct 1999.17(10): 17471758.一臺(tái)計(jì)算機(jī)每周指導(dǎo)一次，主要解答學(xué)生問(wèn)題，指導(dǎo)研究進(jìn)度，并檢查閱讀資料筆記和仿真程序。本計(jì)劃為開(kāi)題之初所定，后續(xù)會(huì)根據(jù)具體情況隨時(shí)調(diào)整，最終一定按畢業(yè)設(shè)計(jì)規(guī)定結(jié)束日期完成。郵電學(xué)院主要儀器設(shè)備與材料論文(設(shè)計(jì))過(guò)程中教師的指導(dǎo)安排對(duì)計(jì)劃的說(shuō)明 . . . / 49畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開(kāi)題報(bào)告通信與信息工程學(xué)院院（系）通信工程專(zhuān)業(yè) 07 級(jí) 14 班課題名稱： OFDM 與載波聚合的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)學(xué)生： 任明明 學(xué)號(hào)：03071515 指導(dǎo)教師： 靜 報(bào)告日期： 2011 年 2 月 28 日 . . . / 491本課題所涉與的問(wèn)

7、題與應(yīng)用現(xiàn)狀綜述本課題所涉與的問(wèn)題：本課題所涉與的問(wèn)題：1. 了解 OFDM 的原理和當(dāng)前實(shí)際應(yīng)用以與 3G 移動(dòng)通信 OFDM 的應(yīng)用現(xiàn)狀；2. 了解無(wú)線信道的衰落特性，掌握相干時(shí)間，相干帶寬等概念；3. OFDM 和 MIMO 結(jié)合的性能優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)支持大帶寬傳輸所需的載波聚合技術(shù),設(shè)計(jì)基于 OFDM的載波聚合方案.。應(yīng)用現(xiàn)狀綜述：應(yīng)用現(xiàn)狀綜述： OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)即正交頻分復(fù)用技術(shù)，實(shí)際上OFDM 是 MCM Multi-Carrier Modulation，多載波調(diào)制的一種。在向 B3G/4G 演進(jìn)的過(guò)程中，O

8、FDM 是關(guān)鍵的技術(shù)之一，可以結(jié)合分集，時(shí)空編碼，干擾和信道間干擾抑制以與智能天線技術(shù)，最大限度的提高了系統(tǒng)性能。2004 年 11 月，根據(jù)眾多移動(dòng)通信運(yùn)營(yíng)商、制造商和研究機(jī)構(gòu)的要求，3GPP 通過(guò)被稱為L(zhǎng)ong Term Evolution(LTE)即“3G 長(zhǎng)期演進(jìn)”的立項(xiàng)工作。項(xiàng)目以制定 3G 演進(jìn)型系統(tǒng)技術(shù)規(guī)作為目標(biāo)。3GPP 經(jīng)過(guò)激烈的討論和艱苦的融合，終于在 2005 年 12 月選定了 LTE 的基本傳輸技術(shù)，即下行 OFDM，上行 SC。OFDM 由于技術(shù)的成熟性，被選用為下行標(biāo)準(zhǔn)很快就達(dá)成了共識(shí)。而上行技術(shù)的選擇上，由于 OFDM 的高峰均比(PAPR)使得一些設(shè)備商認(rèn)為會(huì)

9、增加終端的功放成本和功率消耗，限制終端的使用時(shí)間，一些則認(rèn)為可以通過(guò)濾波，削峰等方法限制峰均比。B3G/4G 的目標(biāo)是在高速移動(dòng)環(huán)境下支持高達(dá) 100Mb/S 的下行數(shù)據(jù)傳輸速率，在室和靜止環(huán)境下支持高達(dá) 1Gb/S 的下行數(shù)據(jù)傳輸速率。2010 年全球首個(gè) TD-LTE-A 的規(guī)模實(shí)驗(yàn)網(wǎng)將在世博會(huì)向媒體開(kāi)放。4G 是基于 OFDM 加 MIMO 的技術(shù)組合，但整體結(jié)構(gòu)不一樣，基于 OFDM 和 MIMO 的有兩套標(biāo)準(zhǔn)，一個(gè)是 IEEE802-16M，一個(gè)是 LTE-Advanced,而 OFDM 技術(shù)是關(guān)鍵核心技術(shù)之一。 . . . / 492 2本課題需要重點(diǎn)研究的關(guān)鍵問(wèn)題、解決的思路與實(shí)

10、現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)的可行性分析關(guān)鍵問(wèn)題：關(guān)鍵問(wèn)題：1.對(duì) 4G 移動(dòng)通信系統(tǒng)寬帶傳輸?shù)男枨蠛突窘鉀Q方案。2.100MHz 傳輸帶寬時(shí)載波聚合的需求分析和方案設(shè)計(jì),如何將若干個(gè)連續(xù)或者不連續(xù)的20MHz 帶寬聚合為 100MHz 的大帶寬,對(duì)其 PAPR，傳輸性能進(jìn)行仿真，設(shè)計(jì) PAPR 低，性能良好的載波聚合技術(shù)。解決思路：解決思路： 1. 了解目前 OFDM 應(yīng)用現(xiàn)狀，以便更好的對(duì) OFDM 技術(shù)進(jìn)行認(rèn)識(shí)利用。2. 學(xué)習(xí)無(wú)線信道的傳播特性,掌握相干時(shí)間，相干帶寬等概念，用 MATLAB 工具編寫(xiě)瑞利衰 落信道。3.學(xué)習(xí) OFDM 算法，了解 OFDM 和 MIMO 結(jié)合的性能優(yōu)勢(shì),并用 MATLA

11、B 程序仿真 OFDM 算法的 性能。4.調(diào)研分析 100MHz 傳輸帶寬時(shí)載波聚合的需求分析與必要性。5.設(shè)計(jì) 100MHz 傳輸帶寬時(shí)載波聚合的方案。實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)的可行性：實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)的可行性：1. 熟悉 OFDM 的原理，可以掌握 OFDM 技術(shù)的作用，提出建設(shè)規(guī)劃并實(shí)現(xiàn)。2. 學(xué)習(xí)無(wú)線信道的衰落特性，掌握相干時(shí)間，相干帶寬等概念，用 MATLAB 工具編寫(xiě)瑞利衰 落信道。3. 提升自己獨(dú)立的自學(xué)能力，應(yīng)用相關(guān)知識(shí)進(jìn)行研究學(xué)習(xí)。4.培養(yǎng)了獨(dú)立開(kāi)展研究的能力，掌握了科研的基礎(chǔ)方法，能對(duì) OFDM 與載波聚合 的設(shè)計(jì)研究有一個(gè)科學(xué)的論證。 . . . / 493 3完成本課題的工作方案1.調(diào)

12、研 3G 移動(dòng)通信 OFDM 的應(yīng)用現(xiàn)狀，學(xué)習(xí) OFDM 算法原理。 2.了解 4G 移動(dòng)通信系統(tǒng)寬帶傳輸?shù)男枨蠛突窘鉀Q方案。3.學(xué)習(xí)無(wú)線信道的衰落特性，編寫(xiě)瑞利信道，學(xué)習(xí) OFDM 的基本原理，仿真 OFDM 的性能增益。4.調(diào)研分析 100MHz 傳輸帶寬時(shí)載波聚合的需求分析與必要性。5.然后用一個(gè)月的時(shí)間進(jìn)行設(shè)計(jì) 100MHz 傳輸帶寬時(shí)載波聚合的方案研究，最終對(duì) OFDM 與載 波聚合的設(shè)計(jì)做出合理的分析。6.撰寫(xiě)論文，完成論文初稿；最后完善并修改畢業(yè)論文。4 4指導(dǎo)教師審閱意見(jiàn)論文對(duì)選題的發(fā)展背景、研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)做了基本介紹；研究的基本容以任務(wù)書(shū)為依據(jù)、研究的主要問(wèn)題和方向明確

13、；研究方法可行，其研究工作的步驟、進(jìn)度安排合理，同意開(kāi)題。指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師(簽字)：2011 年 3 月 4 日 . . . / 49郵郵電電學(xué)學(xué)院院畢畢業(yè)業(yè)設(shè)設(shè)計(jì)計(jì) ( (論論文文) )成成績(jī)績(jī)?cè)u(píng)評(píng)定定表表學(xué)生任明明性別女學(xué)號(hào)03071515專(zhuān) 業(yè)班 級(jí)通工 0714 班課題名稱OFDM 與載波聚合的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)課題類(lèi)型軟件工程類(lèi)難度一般畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）時(shí)間2011 年年1 月月3 日日6 月月10 日日指導(dǎo)教師靜(職稱 高工 )課題任務(wù)完成情況論文 (千字)； 設(shè)計(jì)、計(jì)算說(shuō)明書(shū)(千字)； 圖紙 ()；其它 (含附件 )：指導(dǎo)教師意見(jiàn)分項(xiàng)得分：開(kāi)題調(diào)研論證分； 課題質(zhì)量（論文容）分； 創(chuàng)新分；

14、論文撰寫(xiě)（規(guī)）分； 學(xué)習(xí)態(tài)度分； 外文翻譯 分指導(dǎo)教師審閱成績(jī)：指導(dǎo)教師( (簽字) )：2011年月日評(píng)閱教師意見(jiàn)分項(xiàng)得分：選題分； 開(kāi)題調(diào)研論證分； 課題質(zhì)量（論文容）分； 創(chuàng)新分；論文撰寫(xiě)（規(guī)）分； 外文翻譯 分評(píng)閱成績(jī)：評(píng)閱教師(簽字)：2011 年月日 . . . / 49驗(yàn)收小組意見(jiàn)分項(xiàng)得分：準(zhǔn)備情況分； 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）質(zhì)量分； （操作）回答問(wèn)題分驗(yàn)收成績(jī)：驗(yàn)收教師(組長(zhǎng))(簽字)：2011 年月日答辯小組意見(jiàn)分項(xiàng)得分：準(zhǔn)備情況分； 述情況分； 回答問(wèn)題分； 儀表分答辯成績(jī)： 答辯小組組長(zhǎng)(簽字)： 2011 年月日成績(jī)計(jì)算方法(填寫(xiě)本系實(shí)用比例)指導(dǎo)教師成績(jī)指導(dǎo)教師成績(jī) 20

15、( () ) 評(píng)閱成績(jī)?cè)u(píng)閱成績(jī) 30 ( () ) 驗(yàn)收成績(jī)驗(yàn)收成績(jī) 30 ( () ) 答辯成績(jī)答辯成績(jī) 20 ( () )學(xué)生實(shí)得成績(jī)(百分制)指導(dǎo)教師成績(jī)指導(dǎo)教師成績(jī) 評(píng)閱成績(jī)驗(yàn)收成績(jī)?cè)u(píng)閱成績(jī)驗(yàn)收成績(jī)答辯成績(jī)答辯成績(jī) 總評(píng)總評(píng) . . . 10 / 49答辯委員會(huì)意見(jiàn)畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))總評(píng)成績(jī)(等級(jí))：院(系)答辯委員會(huì)主任( (簽字) )：院(系) ( (簽章) ) 2011 年月日備注郵電學(xué)院畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))成績(jī)?cè)u(píng)定表(續(xù)表)目錄目錄摘要摘要 -I IABSTRACTABSTRACT -IIII引言引言 1 11 1緒論緒論 -2 21.1 移動(dòng)通信的發(fā)展-21.2 載波聚合與其研究進(jìn)

16、展-31.3 本章小結(jié)-32 2無(wú)線信道無(wú)線信道 -4 42.1 無(wú)線信道的衰落特性-42.2 陰影衰落-42.3 多徑衰落-52.4 正弦波疊加法仿真瑞利信道模型-52.5 瑞利信道仿真-72.6 本章小結(jié)-83 3OFDMOFDM 基本原理基本原理-9 9 . . . 11 / 493.1OFDM 技術(shù)概述-93.1.1OFDM 系統(tǒng)基本原理-93.1.2循環(huán)間隔與保護(hù)前綴 -103.2OFDM 的參數(shù)選擇-113.3OFDM 系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)-123.4OFDM 技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)-133.5OFDM 系統(tǒng)性能仿真-143.6本章小結(jié) -164 4載波聚合技術(shù)載波聚合技術(shù) -17174.1載波聚

17、合技術(shù)概述 -174.1.1載波聚合技術(shù)的原理 -174.1.2LTE-Advanced 中的載波聚合 -174.1.3載波聚合的分類(lèi) -184.2關(guān)于載波聚合技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀與實(shí)現(xiàn)方案 -204.2.1載波聚合技術(shù)的研究現(xiàn)狀 -204.2.2載波聚合的方案 -214.2.3關(guān)于方案 A 方案 B 的比較 -234.2.4載波聚合方案的性能評(píng)估 -244.2.5關(guān)于載波聚合方案的性能仿真 -254.2.6大帶寬下同步信道和廣播信道的結(jié)構(gòu) -274.3本章小結(jié) -285 5結(jié)論結(jié)論 -2929致致 -3030參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) -3131附錄附錄 -3232 . . . 12 / 49摘要摘要目前，隨

18、著移動(dòng)通信對(duì)高速寬帶的要求日益增強(qiáng)，多媒體、互聯(lián)網(wǎng)等業(yè)務(wù)的發(fā)展對(duì)于數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸提出了更高的要求。在提高頻譜利用率的同時(shí)，我們需要在越來(lái)越有限的頻率資源中為系統(tǒng)提供更大的頻帶寬度，以達(dá)到高速的數(shù)據(jù)傳輸速率。為了支持大帶寬傳輸，LTE-Advanced 系統(tǒng)引入了載波聚合技術(shù)來(lái)增加單個(gè)用戶的傳輸帶寬。本文介紹了載波聚合技術(shù)的相關(guān)原理，通過(guò)載波聚合技術(shù)的應(yīng)用來(lái)增加信號(hào)的傳輸帶寬，從而大幅度提高 LTE-Advanced 終端的峰值速率。進(jìn)一步闡述載波聚合技術(shù)應(yīng)用背景和現(xiàn)狀，總結(jié)并比較了目前階段的主流技術(shù)方案，保證在以盡量少地修改 LTE Release 8 協(xié)議，并且對(duì) LTE 終端能夠具有良好兼

19、容性的條件下，在基于物理層關(guān)鍵技術(shù) OFDM 技術(shù)的基礎(chǔ)上，評(píng)估了當(dāng)前兩種連續(xù)頻譜聚合方案的性能。仿真證明：對(duì)于有無(wú)保護(hù)頻帶對(duì)載波聚合的性能影響甚微。關(guān)鍵詞：OFDM，載波聚合，連續(xù)頻譜分配 . . . II / 49ABSTRACTABSTRACTNow, the mobile communication development has created an increasing demand for high data rate and large band. So some services, such as the Multimedia and Internet, has requir

20、ed a higher transmission speed. In this case ,to achieve the aim, it is needed not only to heighten spectrum efficiency but also to expand the bandwidth in the limited frequency resources.In order to support high bandwidth transmission, LTE-Advanced systems into the carrier polymer technology to inc

21、rease the bandwidth of individual users. This paper describes the relevant principles of the carrier polymer technology, polymer technology through the carrier to increase the signal bandwidth to dramatically improve LTE-Advanced terminal peak rate. Polymer carrier technology to further elaborate th

22、e background and current status, summarizes and compares the current phase of mainstream technology, and ensure that as little as possible in order to modify the LTE Release 8 protocols, and the end of the LTE conditions that have good compatibility, in the physical layer-based key technologies base

23、d on OFDM technology, assessment of the current program of the two aggregate performance of continuous spectrum. Simulation results show: with or without guard band for the performance of the carrier polymer have little effect.Keywords:OFDM; Carrier Aggregation ; Continuous spectrum allocation . . .

24、 1 / 49引言O(shè)FDM 技術(shù)抗衰落性能好，且具有頻譜利用率高、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單以與子載波調(diào)度靈活等優(yōu)點(diǎn)。針對(duì)在大傳輸帶寬下使用 OFDM 技術(shù)，就要引入本文介紹的載波聚合技術(shù)。載波聚合技術(shù)作為提高 LTE-Advanced 系統(tǒng)頻譜利用率的關(guān)鍵技術(shù)之一，重點(diǎn)需要對(duì)控制信道的格式和多載波調(diào)度的方式進(jìn)行考慮，研究載波聚合技術(shù)的發(fā)展是非常重要的。目前，對(duì)于載波聚合技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方案有連續(xù)頻帶聚合、離散頻帶聚合、對(duì)稱載波聚合和不對(duì)稱載波聚合等方式。相對(duì)于離散頻帶聚合，連續(xù)頻帶聚合實(shí)現(xiàn)較為容易，信令開(kāi)銷(xiāo)小，UE 需要檢測(cè)的頻點(diǎn)也少，因此本文重點(diǎn)對(duì)載波聚合的連續(xù)頻帶聚合進(jìn)行闡述。本文參考的是 NTT DoCo

25、Mo 公司的對(duì)于連續(xù)頻帶聚合 R1-083015 方案。在詳細(xì)闡述兩種連續(xù)頻帶聚合方案后，對(duì)于兩種方案實(shí)現(xiàn)中的性能進(jìn)行了評(píng)估分析，并通過(guò)仿真展示了兩種方案各自的特點(diǎn)。第一種方案只有中心頻段位于 100KHz 的整數(shù)倍位置，也就意味著只有中心載波段能夠接收 LTE Release 8 的用戶終端；而第二種方案則是每一個(gè)載波段均能夠處于 100KHz 的整數(shù)倍上，即每一個(gè)載波段均能接收LTE Release 8 的用戶終端。通過(guò)仿真證明有無(wú)保護(hù)頻帶對(duì)于信息傳輸?shù)目煽啃杂绊懖淮蟆?. . . 2 / 491 1緒論緒論進(jìn)入 21 世紀(jì)以來(lái)，移動(dòng)通信技術(shù)以前所未有的速度向前發(fā)展著。伴隨著用戶對(duì)各種實(shí)時(shí)

26、多媒體業(yè)務(wù)需求的增加和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展，我們可以預(yù)計(jì)，未來(lái)的移動(dòng)通信技術(shù)將會(huì)具有更高的信息傳輸速率，為用戶提供更大的便利，而其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也將發(fā)生根本的變化。1.1 移動(dòng)通信的發(fā)展移動(dòng)通信的發(fā)展移動(dòng)通信是指通信雙方或至少一方處于運(yùn)動(dòng)中的進(jìn)行信息交換的通信方式，使得用戶可以在任何時(shí)間和地點(diǎn)、快速而可靠地進(jìn)行多種信息交換。它在無(wú)線通信開(kāi)放式傳輸?shù)幕A(chǔ)之上，引入了用戶的動(dòng)態(tài)性。目前，伴隨著用戶對(duì)于業(yè)務(wù)的需求，移動(dòng)通信已經(jīng)不再僅僅滿足于當(dāng)前主要的語(yǔ)音業(yè)務(wù)，一些如數(shù)據(jù)，圖像等的非語(yǔ)音業(yè)務(wù)，同樣也被納入了其服務(wù)圍。因此，我們不難從移動(dòng)通信發(fā)展的歷程中看出，移動(dòng)通信的各種特點(diǎn)以與業(yè)務(wù)需求，給它帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)

27、。第一代移動(dòng)通信 (1G) 在 20 世紀(jì) 70 年代末開(kāi)始進(jìn)入商用化，它的特征是模擬蜂窩通信，無(wú)線系統(tǒng)的接入使用 FDMA (Frequency Division Multiple Access)方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于早期的大區(qū)制的蜂窩通信系統(tǒng)很快達(dá)到飽和，無(wú)法滿足要求。因此，小區(qū)制蜂窩式的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和頻率規(guī)劃實(shí)現(xiàn)了載頻復(fù)用，達(dá)到了擴(kuò)大覆蓋圍和系統(tǒng)容量的要求。這個(gè)階段，使用的最為廣泛的是美國(guó)的 AMPS (Advanced Mobile Phone System)和歐洲的 TACS（Total Access Communication System ） ，另外也有北歐的NMT-450 以與日本的 H

28、CMTS 等。而第二代移動(dòng)通信(2G)是在 20 世紀(jì) 90 年代開(kāi)始走向商用的，它具備了很多數(shù)字通信系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，比如它具有更大的系統(tǒng)容量，具有更高質(zhì)量的服務(wù)等。這個(gè)階段具有代表性的系統(tǒng)有很多，例如歐洲的 GSM（Global System for Mobile Communications）和美國(guó)的 IS-95 等。它采用 TDMA(GSM)和 CDMA(IS-95)方式對(duì)用戶進(jìn)行動(dòng)態(tài)尋址，其主要業(yè)務(wù)為語(yǔ)音服務(wù)，雙工模式則為頻分雙工(FDD)。因?yàn)橥ㄐ偶夹g(shù)的不斷發(fā)展，2G 系統(tǒng)也漸漸的不再能夠滿足需求。于是開(kāi)始出現(xiàn)了一些過(guò)渡的中間技術(shù)，如通用分組無(wú)線業(yè)務(wù) GPRS，新一代的移動(dòng)通信系統(tǒng)日趨成

29、為熱點(diǎn)。目前，第三代移動(dòng)通信(3G)系統(tǒng)剛開(kāi)始進(jìn)入商用，使用以 CDMA 為主流的接入技術(shù)。 最近，第三代移動(dòng)通信合作計(jì)劃(The 3rd Generation Partnership Project， 3GPP)啟動(dòng)了 3GPP LTE (Long Term Evolution，長(zhǎng)期演進(jìn))項(xiàng)目，以與 . . . 3 / 49LTE-Advanced?，F(xiàn)階段，LTE 的物理層關(guān)鍵技術(shù)使用的是 OFDM(Orthogonal FrequencyDivisionMultiplexing) 技術(shù)，因此研究 OFDM 技術(shù)在下一代移動(dòng)通信系統(tǒng)演進(jìn)中的相關(guān)問(wèn)題是非常必要的。1.2 載波聚合與其研究進(jìn)展載

30、波聚合與其研究進(jìn)展載波聚合技術(shù)是將多個(gè) LTE 載波擴(kuò)展成 LTE- A 系統(tǒng)的傳輸載波。LTE 系統(tǒng)的 UE和 LTE- A 系統(tǒng)的 UE 均可以使用“LTE 載波單元”來(lái)進(jìn)行通信。目前，很多公司在廣泛的討論和分析載波聚合技術(shù)的可行性方案，比如 DoCoMo、Ericsson、Huawei 等。LTE-A 系統(tǒng)潛在應(yīng)用頻段包括450MHz470MHz、698MHz862MHz、790MHz862MHz、2.3GHz2.4GHz、3.4GHz3.6GHz。所以，載波聚合技術(shù)要求要可以在多個(gè)頻點(diǎn)上跨頻帶進(jìn)行聚合。因此我們發(fā)現(xiàn)，LTE- A 系統(tǒng)大量頻段集中在 3.4GHz 以上的較高頻段，可能是

31、 1 個(gè)多頻段層疊無(wú)線接入系統(tǒng)。而我們知道空中接口技術(shù)的框架就是由非連續(xù)頻譜分布、大帶寬和靈活頻譜的使用決定的。除此之外，應(yīng)用于城域網(wǎng)(WAN，Wide Area Network)的標(biāo)準(zhǔn)是 IEEE 802.16 標(biāo)準(zhǔn)，其工作組提出了 802.16m 標(biāo)準(zhǔn)，它的兩個(gè)主要目標(biāo)是：一，滿足 IMT-Advanced要求，向國(guó)際電信聯(lián)盟提交 4G 技術(shù)；二，對(duì)目前存在的 802.16e 進(jìn)行兼容，滿足NGMN(下一代移動(dòng)網(wǎng)絡(luò))的要求。就滿足 IMT-Advanced 需求和兼容性這兩個(gè)方面來(lái)考慮，802.16m 不但要提高目前的頻譜利用率，同時(shí)也要利用載波聚合技術(shù)擴(kuò)大帶寬，提高系統(tǒng)的傳輸速率和吞吐量

32、。因此，LTE-Advanced 與 IEEE 802.16m 標(biāo)準(zhǔn)均要用到載波聚合技術(shù)進(jìn)行擴(kuò)展系統(tǒng)帶寬，本文在此背景下，基于物理層關(guān)鍵技術(shù) OFDM，對(duì)當(dāng)前主流的載波聚合技術(shù)方案進(jìn)行闡述。1.3 本章小結(jié)本章小結(jié)本文一共分為五章，第一章是緒論，簡(jiǎn)單介紹了目前位置的移動(dòng)通信發(fā)展過(guò)程以與關(guān)于載波聚合技術(shù)的研究進(jìn)展。第二章介紹了關(guān)于無(wú)線信道的相關(guān)容，包括衰落特性以與衰落類(lèi)型，重點(diǎn)在于瑞利信道的衰落仿真。第三章介紹了 OFDM 系統(tǒng)的相關(guān)原理，為后文進(jìn)一步介紹載波聚合技術(shù)基礎(chǔ)鋪墊。第四章則系統(tǒng)介紹了載波聚合技術(shù)的相關(guān)原理和目前關(guān)于該技術(shù)的主流方案，并對(duì)方案進(jìn)行了性能評(píng)估。第五章則為全文總結(jié)。 . .

33、 . 4 / 492 2無(wú)線信道無(wú)線信道2.1 無(wú)線信道的衰落特性無(wú)線信道的衰落特性無(wú)線移動(dòng)信道是一種時(shí)變的衰落信道，它主要存在兩種衰落，即大尺度（Large-Scale）衰落與小尺度（Small-Scale）衰落。而在實(shí)際的無(wú)線信道中，我們可以將衰落因子如下表示為： (2-1)( )( )( )ttt上式(2-1)中， 表示的是信道的衰落因子，而則表示大尺度衰落，它( ) t( ) t代表了接收信號(hào)的均值在一定時(shí)間隨傳播距離和環(huán)境的變化而出現(xiàn)的緩慢變化，則表示小尺度衰落，它代表了接收信號(hào)在短時(shí)間（距離）的快速變化。( ) t我們知道，引起大尺度衰落的主要原因是由自由空間的路徑損耗，于是，我們

34、也可以稱大尺度衰落為自由空間的路徑衰落。當(dāng)自由空間有障礙物時(shí)，由于障礙物對(duì)電波遮蔽而引起的衰落，我們就稱為陰影衰落。而由于同一傳輸信號(hào)沿兩個(gè)或多個(gè)路徑傳播是所引起的衰落，我們稱其為小尺度衰落，由于它是由微小的時(shí)間差到達(dá)接收機(jī)的信號(hào)相互干擾所引起的，因此我們又稱小尺度衰落為多徑衰落。2.2 陰影衰落陰影衰落由于傳播的過(guò)程中電磁波在會(huì)受到樹(shù)林和聳立的建筑物等障礙物的阻擋，于是在這些障礙物背面電磁場(chǎng)會(huì)產(chǎn)生陰影，那么當(dāng)移動(dòng)臺(tái)通過(guò)不同障礙物的陰影區(qū)時(shí)，場(chǎng)強(qiáng)中值的變化則會(huì)引起接收信號(hào)產(chǎn)生衰落，也就是陰影衰落。它反映了接收信號(hào)平均值在中等圍的變化趨勢(shì)，從統(tǒng)計(jì)規(guī)律上看其特性，它服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布，變化率比數(shù)據(jù)傳

35、輸率來(lái)的慢，因此又可以稱為慢衰落。 (2-2) 00,+logdt ddBt ddBnd 式(2-2)表示任意的傳播距離，平均大尺度路徑的損耗，但并未考慮在一樣傳播距離下，不同位置的周?chē)h(huán)境不同產(chǎn)生的影響。經(jīng)過(guò)測(cè)試，任意 d 值，特定位置的實(shí)際路徑損耗服從正態(tài)分布，即：(2-3)00( , )( ,) 10 logdt d dBt ddBnXtd 在上式中，為均值為零、標(biāo)準(zhǔn)差為的高斯分布隨機(jī)變量，其單位使用Xt dB，也就是為不同位置的陰影衰落所引起的損耗。 . . . 5 / 492.3 多徑衰落多徑衰落通常情況下，在移動(dòng)無(wú)線傳播環(huán)境中始終都存在著直射、反射、散射，衍射，因此接收信號(hào)往往并不

36、是從單一路徑來(lái)的，而是由多條路徑信號(hào)組合而成。又由于各個(gè)路徑上的信號(hào)的幅度、相位以與時(shí)延都在隨時(shí)隨地的發(fā)生著變化，因此由這些不同路徑信號(hào)疊加來(lái)的接收信號(hào)的幅度會(huì)急劇變化，也就是我們通常所說(shuō)的衰落，這種衰落我們稱為多徑衰落。多徑傳播往往會(huì)對(duì)信號(hào)的傳輸會(huì)產(chǎn)生極大的影響，比如時(shí)延擴(kuò)展、角度擴(kuò)展和頻率擴(kuò)展等等。其中，多徑衰落效應(yīng)的一個(gè)最重要的體現(xiàn)是時(shí)延擴(kuò)展，各個(gè)路徑的信號(hào)由于傳播路徑有所不同，從而具有不同的時(shí)間延遲，這樣就使得接收信號(hào)的能量在時(shí)間上被展寬，也就是前面所說(shuō)的時(shí)延擴(kuò)展。通常，最大時(shí)延擴(kuò)展指的是第一條路徑信號(hào)與最后一條路徑信號(hào)之間的時(shí)間差。相干帶寬是另一個(gè)與時(shí)延擴(kuò)展有關(guān)的重要概念。如果將相干

37、帶寬定義為頻率相關(guān)函數(shù)大于 0.9 的某特定帶寬，那么相干帶寬近似為： (2-4)150cB上式(2-4）中表示信道的均方根時(shí)延擴(kuò)展，它是多徑信號(hào)功率延遲分布的二階矩的平方根。在實(shí)際中為了簡(jiǎn)便，我們通常定義信道的相干帶寬為最大多徑時(shí)延的倒數(shù)。如果相干帶寬小于發(fā)送信號(hào)的帶寬，那么信號(hào)將經(jīng)歷頻率選擇性衰落，信號(hào)中各頻率分量遭受不一致的衰落，所以得到的衰落信號(hào)的波形會(huì)產(chǎn)生失真，相反，如果相干帶寬大于信號(hào)帶寬，信號(hào)會(huì)經(jīng)歷平坦型衰落，也就是說(shuō)此時(shí)信號(hào)中各頻率分量所遭受的衰落均是一致的，這是產(chǎn)生的衰落信號(hào)的波形不會(huì)失真。2.4 正弦波疊加法仿真瑞利信道模型正弦波疊加法仿真瑞利信道模型移動(dòng)無(wú)線信道中，平坦衰

38、落信號(hào)或者獨(dú)立多徑接收信號(hào)的包絡(luò)分布通常用瑞利模型(Rayleigh)來(lái)進(jìn)行描述。在典型的陸地移動(dòng)無(wú)線信道中，我們假設(shè)直射波被阻斷，并且移動(dòng)單元只能接收到反射波。那么根據(jù)中心極限定理，我們知道，當(dāng)反射波較大時(shí)，接收信號(hào)的兩個(gè)正交分量是均值為零、方差為的互不相關(guān)高斯隨機(jī)過(guò)2程。所以，任意時(shí)刻的接收信號(hào)包絡(luò)服從瑞利概率分，相位服從 的均勻分(, ) 布。利用正弦波疊加法（SOS）仿真平坦衰落信道，采用精確多普勒擴(kuò)展法(MEDS)。精確多普勒擴(kuò)展法的出發(fā)點(diǎn)是(2-5)2002( )cos(sin)Jzzd . . . 6 / 49所以(2-6)012( )limcos(sin)iiNNnJzz 上式

39、中 。由于經(jīng)典功率譜的自相關(guān)函數(shù)為(21)/ 4,/()niinNN (2-7)20( )(2)iimJf 因此式子代入可得 (2-8)2max11( )limcos2sin() 22iiNiiNniifnNN 因?yàn)閷?duì)于有限個(gè)振蕩器合成的隨即過(guò)程來(lái)說(shuō)，當(dāng)時(shí)，( )itiN , 于是( )( )i ii i (2-9)2max11( )limcos2sin() 22iiNiiNniifnNN 如果隨即過(guò)程具有關(guān)于自相關(guān)函數(shù)的各態(tài)歷經(jīng)性，那么。( )it( )( )i ii i 于是又有 (2-10)2max11( )cos2sin() 22iNiiniifnNN 所以，我們便可以得出多普勒系數(shù)與

40、多普勒頻移離散多普勒頻移, i nC, i nf n=1,2,3. (2-11),2/i niCNiN n=1,2,3. (2-12),maxsin(1/ 2)2i niffnNiN經(jīng)過(guò)上述，我們可以看出，精確多普勒頻移的離散多普勒頻移與等面積法的, i nf離散多普勒頻移是很近似的，我們只需要將前者的用代替即可。而的最1/ 2nn, i nf大公約數(shù)近似等于零，因此周期為無(wú)窮，所以，確定過(guò)程,1gcdiNi nnFf1/iTF是非周期的。同樣為了保證和的不相關(guān)性，還可以選擇。( )it1( ) t2( ) t211NN . . . 7 / 492.5 瑞利信道仿真瑞利信道仿真仿真參數(shù)：表 2

41、-1 瑞利信道仿真參數(shù)設(shè)置T，仿真持續(xù)時(shí)間1T_interval,抽樣間隔0.00001fmax,最大多普勒頻移10000確定型高斯過(guò)程平均功率1高斯過(guò)程正弦振蕩器數(shù)目 N1,N2均為 64仿真流程圖：圖 2-1 瑞利信道仿真流程圖設(shè)置基本仿真參數(shù)（采樣點(diǎn)數(shù)，最大多普勒頻移等）調(diào)用Parameter_Classical函數(shù)，確定兩組參數(shù)：離散多普勒頻移、多普勒系數(shù)、多普勒相移調(diào)用Gauss_generator函數(shù)，利用前面產(chǎn)生的兩組多普勒頻移、多普勒系數(shù)與多普勒相移參數(shù)產(chǎn)生兩個(gè)確定的實(shí)高斯過(guò)程。利用兩個(gè)實(shí)高斯過(guò)程產(chǎn)生一個(gè)瑞利過(guò)程。對(duì)產(chǎn)生的瑞利過(guò)程取模值，統(tǒng)計(jì)其概率密度函數(shù)，并畫(huà)出仿真圖。結(jié)束

42、. . . 8 / 4900.511.522.5300.10.20.30.40.50.60.70.80.9函 函 函 函 函 函仿真結(jié)果：經(jīng)過(guò) matlab 反正函數(shù)仿真得出下圖:圖 2-2 瑞利信道仿真結(jié)果圖仿真結(jié)果分析：上圖為正弦波疊加法產(chǎn)生的仿真瑞利信道的幅度概率密度函數(shù)圖，其中，離散多普勒頻移，多普勒系數(shù)采用精確多普勒擴(kuò)展法計(jì)算所得，當(dāng)信道采樣點(diǎn)達(dá)到100000 點(diǎn)時(shí)，我們可以看出，仿真曲線近乎平滑，與標(biāo)準(zhǔn)瑞利分布幾乎重合。2.6 本章小結(jié)本章小結(jié)本章節(jié)系統(tǒng)介紹了無(wú)線信道的基本概念，包括其衰落特性，典型衰落等問(wèn)題。重點(diǎn)在對(duì)于瑞利衰落的正弦波疊加法的仿真，并作為后面章節(jié)的信道模型。 .

43、. . 9 / 493 3OFDMOFDM 基本原理基本原理3.1OFDM3.1OFDM 技術(shù)概述技術(shù)概述3.1.1OFDM3.1.1OFDM 系統(tǒng)基本原理系統(tǒng)基本原理OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交頻分復(fù)用)是一種多載波調(diào)制方式，它的基本原理是將高速數(shù)據(jù)信號(hào)通過(guò)串并轉(zhuǎn)換，調(diào)制到傳輸速率比較低的若干個(gè)子信道上進(jìn)行傳輸。因?yàn)樾诺赖南喔蓭挻笥诿恳粋€(gè)子信道的信號(hào)帶寬，所以，我們可以將每個(gè)子信道都看成平坦性衰落，這樣也就可以消除符號(hào)間干擾(ISI)。通常情況下，我們也可以選擇在 OFDM 符號(hào)之間加入保護(hù)間隔，只要保證無(wú)線信道的最

44、大時(shí)延擴(kuò)展小于保護(hù)間隔，也就可以最大限度地消除符號(hào)間干擾。一般情況下，我們采用循環(huán)前綴(CP)作為保護(hù)間隔，這樣可以避免由多徑帶來(lái)的信道間干擾(ICI)。除此之外，因?yàn)?OFDM 系統(tǒng)中各個(gè)子信道是相互正交的，不僅避免了子載波之間的相互干擾，而且由于它們的頻譜都相互重疊，因此，OFDM 系統(tǒng)大大提高了頻譜的利用率。每一個(gè) OFDM 符號(hào)都是多個(gè)經(jīng)過(guò)調(diào)制的子載波信號(hào)之和，其中每個(gè)子載波的調(diào)制方式都可以選擇相移鍵控（PSK）或正交幅度調(diào)制（QAM） 。如果我們用 N 來(lái)表示子信道的個(gè)數(shù)，T 表示 OFDM 符號(hào)的寬度，(i=0，1，N-1)則是分配給每個(gè)子信道id的數(shù)據(jù)符號(hào)，是表示載波頻率，那么，

45、從 t=開(kāi)始的 OFDM 符號(hào)可以用下式表示：cfst(3-1) /2 1/2/20.5( )Reexp 2 ()(),Ni NcsssiNis tdjftttttTT 通常在很多文獻(xiàn)中，我們常常會(huì)采用以下的等效基帶信號(hào)來(lái)對(duì) OFDM 的輸出信號(hào)進(jìn)行描述：（3-2）/2 1/2/2( )exp 2(),Ni NsssiNis tdjtttttTT 上式（3-1）中，實(shí)部和虛部分別對(duì)應(yīng)于 OFDM 符號(hào)的同相分量和正交分量，而在實(shí)際中，可以分別與相應(yīng)子載波的余弦分量和正弦分量相乘，構(gòu)成最終的子信道信號(hào)和合成的 OFDM 符號(hào)。圖 3-1 描繪除了 OFDM 系統(tǒng)的基本模型框圖。 . . . 10

46、 / 49串/并X0乘法器ejw0t加法器X(t)信道乘法器e-jw0t積分器X0并/串.XN-1乘法器.乘法器積分器XN-1e-jtwN-1e-jtwN-1圖 3-1 OFDM 系統(tǒng)基本模型框圖觀察式（3-2） ，可以看出其計(jì)算和傅里葉反變換的公式類(lèi)似，因此 OFDM 系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中，可以采用更加方便快捷的快速傅里葉變換（FFT/IFFT）來(lái)實(shí)現(xiàn)解調(diào)和調(diào)制，而不需要將信號(hào)分別進(jìn)行乘積調(diào)制運(yùn)算。在發(fā)送方，調(diào)制器只需要執(zhí)行一次傅立葉反變換，相應(yīng)地，對(duì)接收端而言，解調(diào)器執(zhí)行一次傅立葉變換。假如，令=0，對(duì)信號(hào) s(t) 以 T/N 進(jìn)行抽樣，即令 t=kT/N(k=0,1,N-1)，st則可以得

47、到：， (3-3)102( )exp()Niijiks kdN10NKOFDM 系統(tǒng)調(diào)制出來(lái)的信號(hào) s(k)等效的對(duì)進(jìn)行 N 點(diǎn)離散傅里葉反變換，同樣的，id接收端在解調(diào)恢復(fù)出原始的數(shù)據(jù)符號(hào)時(shí)，對(duì) s(k)進(jìn)行 N 點(diǎn)離散傅里葉變換即可。id3.1.23.1.2循環(huán)間隔與保護(hù)前綴循環(huán)間隔與保護(hù)前綴由于無(wú)線信道的多徑效應(yīng)造成 OFDM 產(chǎn)生碼間串?dāng)_，使得接收信號(hào)相互重疊。所以在發(fā)送前，OFDM 系統(tǒng)在每個(gè)符號(hào)之間插入長(zhǎng)度大于無(wú)線信道的最大時(shí)延擴(kuò)展的保護(hù)間隔 (GI) 。因此，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，從而也就可以最大限度地消除符號(hào)間干擾。保護(hù)間隔里如果沒(méi)有任何信號(hào)時(shí)，由于多徑

48、效應(yīng)的影響，OFDM 符號(hào)子載波間的正交性會(huì)遭到破壞，產(chǎn)生載波干擾。因此，為了消除多徑效應(yīng)帶來(lái)的 ICI，通常我們將原寬度為 T 的 OFDM 信號(hào)進(jìn)行周期擴(kuò)展，截取 OFDM 符號(hào)尾部的信號(hào)置于 OFDM 符號(hào)的之前。保護(hù)間隔即為擴(kuò)展的信號(hào)，在這段保護(hù)間隔的信號(hào)則稱之為循環(huán)前綴(CP)。如圖 3-2 所示。gT . . . 11 / 49圖 3-2 循環(huán)前綴在 OFDM 符號(hào)加入循環(huán)前綴，就可以保證在一個(gè) FFT 周期，OFDM 符號(hào)的時(shí)延副本所包含的波形周期個(gè)數(shù)也是整數(shù)，這樣，時(shí)延小于保護(hù)間隔的信號(hào)就不會(huì)在解調(diào)過(guò)程中產(chǎn)生 ICI。從上述分析看來(lái)，循環(huán)前綴必須足夠長(zhǎng)，也就是說(shuō)不小于信道的多徑

49、時(shí)延擴(kuò)展，但是循環(huán)前綴的引入也帶來(lái)了信噪比的損失，這里，我們定義信噪比損失為) (3-4)10log()10log(1)sgglossssTTTSNRTT 從上式(3-4)可以看出，循環(huán)前綴越長(zhǎng)，信噪比損失就越大。在實(shí)際的 OFDM 系統(tǒng)中，我們通常是先加入循環(huán)前綴，然后再進(jìn)行傳送。所以，在接收端接收時(shí)，首先要將接收符號(hào)開(kāi)始的長(zhǎng)度為的循環(huán)前綴去掉，對(duì)剩余部分gT進(jìn)行 FFT 變換，之后再進(jìn)行解調(diào)。由于循環(huán)前綴的使用，大大降低了接收端均衡器的復(fù)雜度，同時(shí)還提高了 OFDM 的對(duì)抗多徑的能力。3.23.2OFDMOFDM 的參數(shù)選擇的參數(shù)選擇在 OFDM 系統(tǒng)中，需要確定以下參數(shù)，例如：保護(hù)間隔，

50、符號(hào)周期，子載波的數(shù)量等。對(duì)于這些參數(shù)的選擇，取決于給定信道的帶寬，時(shí)延擴(kuò)展以與所要求的信息傳輸速率。因此，一般按照以下步驟來(lái)確定 OFDM 系統(tǒng)的各參數(shù)：確定保護(hù)間隔：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般選擇保護(hù)間隔的時(shí)間長(zhǎng)度為時(shí)延擴(kuò)展均方根值的 2 到 4 倍。選擇符號(hào)周期：考慮到保護(hù)間隔所帶來(lái)的信息傳輸效率的損失、系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度和系統(tǒng)的峰值平均功率比這些因素，通常在實(shí)際系統(tǒng)中，我們選擇符號(hào)周期長(zhǎng)度至少是保護(hù)間隔長(zhǎng)度的 5 倍。 . . . 12 / 49確定子載波的數(shù)量：子載波的數(shù)量可以直接利用-3dB 帶寬除以子載波間隔，即通過(guò)去掉保護(hù)間隔之后的符號(hào)周期的倒數(shù)來(lái)得到?；蛘卟捎昧硪环N方法，即利用所要求的比特

51、速率除以每個(gè)子信道中的比特速率來(lái)確定子載波的數(shù)量。每個(gè)子信道中傳輸?shù)谋忍厮俾视烧{(diào)至類(lèi)型，編碼速率和符號(hào)速率來(lái)確定。3.33.3OFDMOFDM 系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)在具體應(yīng)用中，OFDM 系統(tǒng)需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題包括以下幾個(gè)方面：同步技術(shù)：通常情況下，同步性能的好壞對(duì) OFDM 系統(tǒng)的性能的影響是很大的。在 OFDM 系統(tǒng)中，同步包括三個(gè)部分，即載波同步，樣值同步與符號(hào)同步。與單載波系統(tǒng)相比，OFDM 系統(tǒng)對(duì)同步精確度的要求更高，同步偏差會(huì)再 OFDM 系統(tǒng)中引起 ISI 和 ICI。峰均比：在時(shí)域中，N 路正交子載波信號(hào)的疊加組成 OFDM 信號(hào)，因此，當(dāng)這 N 路信號(hào)按一樣極性同

52、時(shí)取得最大值時(shí)，那么 OFDM 信號(hào)將產(chǎn)生最大的峰值。我們將該峰值信號(hào)的功率與信號(hào)的平均功率之比，稱為峰值平均功率比，通常簡(jiǎn)稱為峰均比(PAR)。在OFDM 系統(tǒng)中，PAR 與 N 有關(guān)，也就是說(shuō)，N 越大，PAR 的值越大，當(dāng) N=1024 時(shí)，PAR可達(dá) 30dB。由于大的 PAR 值對(duì)發(fā)射機(jī)的功率放大器的線性度要求很高。所以，如何降低 OFDM 信號(hào)的 PAR 值對(duì) OFDM 系統(tǒng)的性能和成本都有很大的影響。信道估計(jì)：加入循環(huán)前綴的 OFDM 系統(tǒng)我們可以將其等效為 N 個(gè)獨(dú)立的并行子信道。在不考慮信道噪聲的情況下，各個(gè)子信道上的發(fā)送信號(hào)與信道的頻譜特性的頻率乘積等于N 個(gè)子信道上的接收

53、信號(hào)。通常情況下，信道估計(jì)的方法有很多，而在無(wú)線通信中，我們一般采用插入導(dǎo)頻的方法進(jìn)行信道估計(jì)信道時(shí)變性的影響：信道的時(shí)變性能夠引起接收信號(hào)的多普勒擴(kuò)展，故使 OFDM 信號(hào)的正交性遭到破壞，從而引起子載波之間的干擾，造成系統(tǒng)性能下降。通常我們采用信道編碼加交織技術(shù)來(lái)抵抗信道性能的下降，這是克服多普勒擴(kuò)展的傳統(tǒng)方法。最近的發(fā)展是利用多普勒分集技術(shù)將多普勒擴(kuò)展變害為利，從而提高系統(tǒng)的性能。其他相關(guān)技術(shù)：除了以上與 OFDM 本身相關(guān)的技術(shù)之外，在具體系統(tǒng)中使用 OFDM 技術(shù)時(shí)，還應(yīng)該考慮具體系統(tǒng)的實(shí)際情況。 . . . 13 / 493.43.4OFDMOFDM 技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)OFMD

54、有諸多優(yōu)點(diǎn)，具體羅列如下：頻譜效率高。在 OFDM 系統(tǒng)中，由于各個(gè)子載波之間所存在的正交性質(zhì)，允許子載波的頻譜相互重疊，因此，最大程度的利用了頻譜資源。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單。OFDM 系統(tǒng)可以通過(guò) IFFT/FFT 變換來(lái)實(shí)現(xiàn)子信道的調(diào)至和解調(diào)，因此大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，靈活的選擇子載波傳輸，還可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的頻譜資源分配。子載波調(diào)度靈活。OFDM 系統(tǒng)通過(guò)子載波化可以實(shí)現(xiàn)頻域資源的靈活分配。這種分配的靈活性可以解決無(wú)線通信中存在的很多問(wèn)題。例如 OFDM 系統(tǒng)通過(guò)調(diào)整子載波的數(shù)量，就可以擴(kuò)展帶寬，這是傳統(tǒng)單載波技術(shù)無(wú)法比擬的；另外，終端也可以根據(jù)自身業(yè)務(wù)情況，調(diào)整子載波分配，這樣就可以使用小功率

55、功放；基站還可以根據(jù)不同用戶的信道情況，調(diào)整子載波位置，以此來(lái)避免頻率選擇性衰落和窄帶干擾。抗多徑衰落性能很好。由于在移動(dòng)通信中，多徑產(chǎn)生的衰落的影響是非常突出的，因此加入循環(huán)前綴(CP)的 OFDM 系統(tǒng)其抗多徑衰落性能有很大的提高。均衡簡(jiǎn)單。串并轉(zhuǎn)換使得高速的數(shù)據(jù)流中的符號(hào)持續(xù)周期增加，從而使子載波信道可以看作為平坦衰落信道，因此簡(jiǎn)化了均衡。 . . . 14 / 493.53.5OFDMOFDM 系統(tǒng)性能仿真系統(tǒng)性能仿真仿真參數(shù)：表 3-1 系統(tǒng)仿真參數(shù)子載波數(shù)1024有效子載波數(shù)1000FFT 點(diǎn)數(shù)1024調(diào)制/解調(diào)QPSKSNR(信噪比)0-15（dB）信道模型瑞利信道信源比特?cái)?shù)20

56、00bit仿真流程圖：（流程圖接后頁(yè)）產(chǎn)生信源信號(hào) （2000 bit 0,1 序列）將信號(hào)進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換調(diào)制, QPSK 星座映射將 1*1000 信號(hào)矩陣轉(zhuǎn)換為 1*1024矩陣（中間置零，兩端補(bǔ)零）對(duì)信號(hào)進(jìn)行 IFFT（1024 點(diǎn)）變換Reyleigh 衰落對(duì)信號(hào)添加 AWGN對(duì)信號(hào)進(jìn)行 FFT(1024 點(diǎn))變換 . . . 15 / 4902468101210-510-410-310-210-1100BER函 函SNRBER BER 函 函（流程圖接前頁(yè)）仿真結(jié)果圖：圖 3-3OFDM 系統(tǒng)誤碼率性能取出有效信號(hào)的，去掉添加的零，變回 1*1000 矩陣判斷每一點(diǎn)的星座位置（以最小距

57、離為標(biāo)準(zhǔn)）解調(diào)，QPSK 變回 0,1 信號(hào)串并轉(zhuǎn)換，變回 1*2000 矩陣與信源信號(hào)對(duì)比，計(jì)算誤碼率繪制仿真圖，結(jié)束 . . . 16 / 49結(jié)果分析：從圖 3-3 中我們可以看出，隨著信噪比的增大，BER 明顯減小，在信噪比SNR=30 的水平處基本可以忽略 BER。3.63.6本章小結(jié)本章小結(jié)本章介紹了 OFDM 系統(tǒng)的相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了系統(tǒng)介紹。由于該技術(shù)是未來(lái)移動(dòng)通信的關(guān)鍵技術(shù)之一，本文介紹了其基本原理以與該系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)等問(wèn)題，為后一章節(jié)對(duì)載波聚合技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案的性能評(píng)估的作基礎(chǔ)。 . . . 17 / 494 4載波聚合技術(shù)載波聚合技術(shù)4.14.1載波聚合技術(shù)概述載波聚合技術(shù)概述

58、4.1.14.1.1載波聚合技術(shù)的原理載波聚合技術(shù)的原理載波聚合，即是指兩個(gè)以上的載波的聚合，通過(guò)聚合方式將多個(gè)離散或者連續(xù)的小頻帶擴(kuò)展成更寬的頻帶來(lái)傳輸數(shù)據(jù)。載波聚合是在 LTE-Advanced 系統(tǒng)中支持下行傳輸帶寬大于 20MHz 的技術(shù)。它合理的復(fù)用了多個(gè)頻帶，使得 LTE-Advanced 系統(tǒng)用戶在同一時(shí)間接收帶寬超過(guò) 20MHz的數(shù)據(jù)。會(huì)議中還指出，一個(gè)終端根據(jù)其能力，可以同時(shí)接收一個(gè)或多個(gè)子載波，具體情況為：一個(gè)接收能力大于 20MHz 的 LTE-Advanced 終端可以同時(shí)接收多個(gè)子載波的傳輸；子載波結(jié)構(gòu)遵循 LTE Release 8 規(guī)時(shí)，一個(gè) LTE Releas

59、e 8 的終端僅可以接收單個(gè)子載波傳輸。4.1.24.1.2LTE-AdvancedLTE-Advanced 中的載波聚合中的載波聚合在目前現(xiàn)有的無(wú)線蜂窩網(wǎng)絡(luò)中，由于頻帶利用率不高，且每一個(gè) UE 所占用帶寬有限，所以無(wú)法滿足高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的傳輸要求。伴隨著當(dāng)前語(yǔ)音業(yè)務(wù)日趨飽和，因此，在未來(lái)無(wú)線寬帶移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中為用戶提供更為可靠的高速數(shù)據(jù)服務(wù)則是當(dāng)前運(yùn)營(yíng)商需要考慮的關(guān)鍵沒(méi)問(wèn)題。LTE-Advanced 系統(tǒng)是 LTE 系統(tǒng)的平滑演進(jìn)。LTE-A 系統(tǒng)目前支持的系統(tǒng)帶寬最小為 20MHz，最大帶寬則可達(dá)到 100MHz。它支持的下行峰值速率為 1Gbit/s，下行頻譜效率提高到 30bit/s/Hz

60、，上行峰值速率為 500Mbit/s，上行頻譜效率則可提高到 15bit/s/Hz。因此，怎樣在小幅度修改 LTE 協(xié)議的前提條件下，既可以完全兼容 LTE 遺留的 UE，又可以增加 LTE-Advanced UE 占用的帶寬并且提高它的頻譜利用率，這一問(wèn)題目前已經(jīng)成為了設(shè)備商與運(yùn)營(yíng)商所面臨的共同問(wèn)題。LTE- A 系統(tǒng)引入了載波聚合技術(shù)，在關(guān)鍵技術(shù)方面有了很大的增強(qiáng)。在 LTE-A系統(tǒng)中應(yīng)用該技術(shù)時(shí)，首先需要大約 100MHz 的大帶寬來(lái)降低每赫茲比特成本，從而實(shí)現(xiàn)超過(guò) 1Gbps 的數(shù)據(jù)峰值速率；其次，為了支持更高的數(shù)據(jù)峰值速率，載波聚合后的用戶獲得帶寬超過(guò) 20MHz 的大傳輸帶寬，而每