基于simulink的ofdm通信系統(tǒng)的仿真

1、-PAGE . z*工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文摘 要在無線信道環(huán)境中可靠、高速的傳輸數(shù)據(jù)是無線通信技術(shù)的目標(biāo)和要求。OFDM技術(shù)能夠大幅度的提高無線通信系統(tǒng)的信道容量和傳輸速率,并能有效地抵抗多徑衰落、抑制干擾和噪聲,有著廣闊的應(yīng)用前景。 本文在分析移動無線信道特性的根底上,基于OFDM系統(tǒng)的根本原理,研究了OFDM通信系統(tǒng)中同步實(shí)現(xiàn)和基于導(dǎo)頻的信道估計(jì)問題,分析了幾種經(jīng)典信道估計(jì)算法以及相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)。 在此根底上,基于Simulink,討論了如何構(gòu)建完整的OFDM動態(tài)仿真系統(tǒng),完成Simulink模塊設(shè)置,確定搭建系統(tǒng)的主要參數(shù),并對主要模塊的構(gòu)建方式進(jìn)展了說明;就信道編碼

2、、多普勒頻移及不同調(diào)制方式對OFDM系統(tǒng)性能的影響進(jìn)展了全面的仿真分析和比擬;參考COST-207多徑信道模型,深入全面研究了瑞利衰落信道對OFDM通信系統(tǒng)性能的影響,對COST-207典型城市模型下OFDM系統(tǒng)性能仿真進(jìn)展了有益的嘗試;首次應(yīng)用Simulink同時(shí)對不同導(dǎo)頻方式、不同導(dǎo)頻比、不同多普勒頻移條件下的OFDM通信系統(tǒng)進(jìn)展詳細(xì)仿真分析。 研究結(jié)果說明,對于應(yīng)用塊狀導(dǎo)頻的OFDM通信系統(tǒng),在Eb/N0較小時(shí),加性高斯白噪聲對性能起主導(dǎo)作用,Eb/N0較大時(shí),ICI對性能起主導(dǎo)作用,形成了誤比特率底限;仿真分析說明,OFDM通信系統(tǒng)采用塊狀導(dǎo)頻方式時(shí),適用的多普勒頻移的范圍為100Hz

3、以下,對應(yīng)的移動速度為靜止或步行速度或較慢的汽車行駛速度;導(dǎo)頻比為1/3或1/4時(shí)綜合效果較好。對于應(yīng)用梳狀導(dǎo)頻的OFDM通信系統(tǒng),其系統(tǒng)性能不如塊狀導(dǎo)頻,但這種導(dǎo)頻插入方式對多普勒頻移及時(shí)間選擇性衰落不敏感,假設(shè)將梳狀導(dǎo)頻與其他形式的導(dǎo)頻綜合使用,可用于改善OFDM通信系統(tǒng)性能,尤其是具有較高相對移動速度的OFDM系統(tǒng)。 論文所得結(jié)論可為進(jìn)一步研究提供仿真數(shù)據(jù),也可為OFDM系統(tǒng)的仿真與研究提供重要的參考。關(guān)鍵詞：OFDM；導(dǎo)頻；衰落信道；信道估計(jì)；Simulink；多普勒頻移；仿真分析ABSTRACTData transmission in wireless channels with h

4、igh speed and reliability is required in wireless munication technology. OFDM technology which has widely application prospects can not only increase the transmission rate and the capacity of the wireless munication system, but also effectively resist multi-path fading as well as restrain interferen

5、ce and noise.In this paper,synchronizationand channel estimationbasedon pilot are researched; several classic channel estimation algorithm and relative key technology are analysised on the basis of principles of OFDM. Based on simulink, how to build a plete OFDM simulation systems is discussed; chan

6、nel code, Doppler and different kinds of modulations influence on OFDM system performance is pared and analysised prehensively; influence of Rayleigh fading channel which refer to COST-207 model is researched; a positive attempt on OFDM system performance simulation is made. It is the first time for

7、 OFDM munication system to be simulated and analysised in detail under condition of different pilot patterns, different pilot rate and different Doppler frequency shift at the same time.The research results indicate that, for OFDM munication system using block-type pilot, AWGN will play the leading

8、role when Eb/N0 is smaller as well as ICI will play the leading role and the bottom bit error is formed when Eb/N0 is larger. The simulation analysis results imply that Doppler frequency shift should be smaller than 100Hz, the corresponding movement speed should be zero or walking pace or slow drivi

9、ng speed when using block-type pilot and the pilot rate should be 1/3 or 1/4 considering prehensive performance.Performance of OFDM system using b-type pilot is not good as block-type pilot, however, the b-type pilot pattern is insensitive to Doppler frequency shift and time selective fading; OFDM s

10、ystem performance, especially the high speed system, could be improved if b-type and other pattern pilots used together. The conclusion could provide simulation data for further research and provide reference for OFDM simulation and research.KEY WORDS: OFDM; Pilot; Fading channel; Channel Estimation

11、; Simulink; Doppler Frequency Shift; Simulation Analysis作者聲明本人聲明所呈交的論文是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)展的研究工作和取得的成果，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝之處外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫的研究成果及專利。與我一同工作的同志對本研究所做的任何奉獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。如本畢業(yè)設(shè)計(jì)論文引起的法律結(jié)果完全由本人承當(dāng)。畢業(yè)設(shè)計(jì)論文由*工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院所有。特此聲明。 作者專業(yè)：作者*：作者簽名：_年_月_日目 錄TOC o 1-3 h z uHYPERLINK l _Toc285291079第一章緒論1HY

12、PERLINK l _Toc2852910801.1 引言1HYPERLINK l _Toc2852910811.2 研究背景和意義2HYPERLINK l _Toc2852910821.2.1 OFDM技術(shù)開展歷史2HYPERLINK l _Toc2852910831.2.2 OFDM技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域3HYPERLINK l _Toc2852910841.2.3 OFDM技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)5HYPERLINK l _Toc2852910851.3 本文研究內(nèi)容6HYPERLINK l _Toc2852910861.4 本章小結(jié)7HYPERLINK l _Toc285291087第二章 OFDM 原理與

13、性能7HYPERLINK l _Toc2852910882.1 OFDM的根本原理模型8HYPERLINK l _Toc2852910892.2 OFDM的IFFT/FFT 實(shí)現(xiàn)11HYPERLINK l _Toc2852910902.3 添加循環(huán)前綴12HYPERLINK l _Toc2852910912.4 本章小結(jié)15HYPERLINK l _Toc285291092第三章 OFDM 關(guān)鍵技術(shù)16HYPERLINK l _Toc2852910933.1 OFDM同步16HYPERLINK l _Toc2852910943.1.1 同步誤差的產(chǎn)生16HYPERLINK l _Toc2852

14、910953.1.2 基于PN序列的符號同步17HYPERLINK l _Toc2852910963.1.3 基于循環(huán)前綴的符號同步19HYPERLINK l _Toc2852910973.1.4 頻域同步20HYPERLINK l _Toc2852910983.1.5 無線信道的時(shí)變性以及多普勒頻移21HYPERLINK l _Toc2852910993.2 信道估計(jì)22HYPERLINK l _Toc2852911003.2.1 信道估計(jì)的常用方法22HYPERLINK l _Toc2852911013.2.2 導(dǎo)頻形式的選擇23HYPERLINK l _Toc2852911023.2.3

15、 LS信道估計(jì)算法24HYPERLINK l _Toc2852911033.2.4 MMSE信道估計(jì)算法26HYPERLINK l _Toc2852911043.3 本章小結(jié)27HYPERLINK l _Toc285291105第四章不同編碼及調(diào)制方式下OFDM仿真分析28HYPERLINK l _Toc2852911064.1 仿真軟件簡介及其在通信領(lǐng)域的應(yīng)用28HYPERLINK l _Toc2852911074.1.1 MATLAB/SIMULINK 概述28HYPERLINK l _Toc2852911084.1.2 使用MATLAB/SIMULINK進(jìn)展通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)29HYPERLI

16、NK l _Toc2852911094.2 編碼對OFDM系統(tǒng)影響的仿真分析29HYPERLINK l _Toc2852911104.2.1 OFDM基帶系統(tǒng)框圖29HYPERLINK l _Toc2852911114.2.2 仿真分析30HYPERLINK l _Toc2852911124.3 不同調(diào)制方式下OFDM系統(tǒng)仿真分析34HYPERLINK l _Toc2852911134.3.1 QPSK 仿真模型及分析34HYPERLINK l _Toc2852911144.3.2 BER誤差原因分析37HYPERLINK l _Toc2852911154.4 本章小結(jié)38HYPERLINK

17、l _Toc285291116第五章瑞利衰落信道對OFDM 系統(tǒng)影響的仿真分析38HYPERLINK l _Toc2852911175.1 COST-207多徑信道模型38HYPERLINK l _Toc2852911185.2 COST-207典型城市模型下的仿真分析40HYPERLINK l _Toc2852911195.3 本章小結(jié)42HYPERLINK l _Toc285291120第六章導(dǎo)頻比對OFDM 系統(tǒng)影響的仿真分析43HYPERLINK l _Toc2852911216.1 導(dǎo)頻比(塊狀導(dǎo)頻)對OFDM系統(tǒng)影響的仿真分析43HYPERLINK l _Toc2852911226

18、.1.1 系統(tǒng)模型43HYPERLINK l _Toc2852911236.1.2 仿真分析45HYPERLINK l _Toc2852911246.2 導(dǎo)頻比(梳狀導(dǎo)頻)對OFDM系統(tǒng)影響的仿真分析50HYPERLINK l _Toc2852911256.2.1 系統(tǒng)模型50HYPERLINK l _Toc2852911266.2.2 仿真分析52HYPERLINK l _Toc2852911276.3 本章小結(jié)53HYPERLINK l _Toc285291128第七章總結(jié)與展望54HYPERLINK l _Toc285291129參考文獻(xiàn)56HYPERLINK l _Toc2852911

19、30致謝58*工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文基于Simulink的OFDM通信系統(tǒng)的仿真Simulation of OFOM munication system based on Simulink學(xué)生*：雷雨學(xué) 號：6203130409專業(yè)班級：通信1204指導(dǎo)教師：王亮2016年5月2日-. z第1章 緒論1.1 引言自1837年最早的通信形式-電報(bào)出現(xiàn)以來，通信己經(jīng)逐漸融入了社會。隨著通信技術(shù)的不斷成熟開展，現(xiàn)代社會也正在高速開展。如今的通信傳輸方式日新月異，從最初的有線通信到無線通信，再到現(xiàn)在的光纖通信；從最初的電報(bào)，到固定 、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、再到現(xiàn)在的移動通信；從最初的文本信號通

20、信到語音通信、再到現(xiàn)在的多媒體通信。人們對通信質(zhì)量的要求也在不斷提高。通信正在朝著個(gè)性化、全球化、高質(zhì)量的方向開展。如各種先進(jìn)技術(shù)的結(jié)晶-移動通信，使得人們可以隨時(shí)隨地的聯(lián)系外界、可以連上網(wǎng)絡(luò)、甚至可以進(jìn)展可視對話?，F(xiàn)代社會是信息社會，人類生活在信息高速公路交織的網(wǎng)絡(luò)中。隨著通信技術(shù)的不斷開展和成熟，人類社會正在進(jìn)入一個(gè)新的信息化時(shí)代，寬帶已成為當(dāng)今通信領(lǐng)域的開展趨勢之一。正交頻分復(fù)用Orthogonal Frequency Division Multiple*ing，OFDM技術(shù)作為一種可以有效對抗符號間干擾Inter Symbol Interference，ISI的高速數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，已經(jīng)受

21、到前所未有的重視，對其關(guān)鍵技術(shù)的研究也正在緊張的開展。OFDM技術(shù)以其優(yōu)異的性能受到人們的青睞，并在移動通信、數(shù)字通信、數(shù)字播送等領(lǐng)域得到應(yīng)用，并已取得可喜的成果。這預(yù)示著OFDM良好的開展前景。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)，它的根本思想是將高速傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流通過串并轉(zhuǎn)換，變成在假設(shè)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)OFDM子載波上，使得符號周期加長并大于多徑時(shí)延，從而有效地對抗多徑衰落；OFDM技術(shù)利用信號的時(shí)頻正交性，允許子信道頻譜有局部重疊，使得頻譜利用率提高近一倍11.2 研究背景和意義1.2.1 OFDM技術(shù)開展歷史正

22、交頻分復(fù)用技術(shù)己有近40年的開展歷史，其概念最早出現(xiàn)于20世紀(jì)50年代中期。60年代，人們對多載波調(diào)制MCM技術(shù)進(jìn)展了許多理論上的研究，形成了并行數(shù)據(jù)傳輸和頻分復(fù)用的思想。同時(shí)，OFDM技術(shù)也被應(yīng)用到美國軍用高頻通信系統(tǒng)中。1966年，發(fā)表了Synthesis of band-limited orthogonal signals for multi channel data transmission一文。文中表達(dá)了在線性帶寬信道中，無ISI和ICI的同時(shí)傳輸信息的原理。1971年，Weinstein和Ebert提出了將離散傅立葉變換DFT引入并行傳輸系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)多載波調(diào)制的方法。這樣在實(shí)際應(yīng)用中

23、就可以依靠更為方便的快速傅立葉變換IFFT/FT來完成OFDM系統(tǒng)的調(diào)制和解調(diào)功能，無需再使用梳狀濾波器，簡化了系統(tǒng)構(gòu)造，使得OFDM技術(shù)更趨實(shí)用化。但是由于當(dāng)時(shí)受到實(shí)時(shí)傅立葉變換設(shè)備的復(fù)雜度、發(fā)射機(jī)和接收機(jī)振蕩器的穩(wěn)定性等相關(guān)技術(shù)條件的限制，OFDM技術(shù)沒有得到廣泛的應(yīng)用。另一個(gè)重要奉獻(xiàn)是Pled和Ruiz在1980年做出的。他們引入了循環(huán)前綴cyclic prefi*，CP這一概念，解決了正交性的問題；沒有采用插入保護(hù)間隔的方法，相反，用OFDM的循環(huán)延伸填充了保護(hù)間隔。當(dāng)CP的時(shí)間比信道的脈沖相應(yīng)時(shí)間長時(shí)，這樣就可以在色散信道上保持正交性。20世紀(jì)80年代，人們對多載波調(diào)制在高速M(fèi)ODE

24、M、數(shù)字移動通信等領(lǐng)域中的應(yīng)用進(jìn)展了較為深入的研究。到了90年代，數(shù)字信號處理技術(shù)和超大規(guī)模集成電路的飛速開展，又為OFDM技術(shù)的實(shí)現(xiàn)掃除了障礙。此時(shí)，OFDM技術(shù)終于登上了通信的舞臺。高速數(shù)字信號處理DSP芯片的開展，使得OFDM優(yōu)越性更加突出。DSP與FFT技術(shù)的結(jié)合，使得OFDM開場迅速開展并被廣泛應(yīng)用。DFT/IDFT、QAM技術(shù)、柵格編碼技術(shù)、軟判決技術(shù)、信道自適應(yīng)技術(shù)等成熟技術(shù)的逐步引入，人們開場集中越來越多的精力開發(fā)OFDM技術(shù)在移動通信領(lǐng)域的應(yīng)用。OFDM的出現(xiàn)己有幾十年的歷史，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)用卻是近十年來的新趨勢。主要應(yīng)用包括：非對稱數(shù)字用戶環(huán)路A

25、DSL，ETSI標(biāo)準(zhǔn)的音頻播送DAB，數(shù)字視頻播送DVB等。1999年IEEE802.14通過了一個(gè)5 GHz的無限局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，其中OFDM調(diào)制技術(shù)被采用成為它的物理層標(biāo)準(zhǔn)。ETSI的寬帶射頻接入網(wǎng)BRAN的局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)也把OFDM定位他的調(diào)制標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)2。1999年12月，包括Ericsson，Nokia和WLAN在內(nèi)的7家公司發(fā)起了國際OFDM論壇，致力于籌劃一個(gè)基于OFDM技術(shù)的全球性單一標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)在OFDM論壇的成員已增加到46個(gè)會員，其中15個(gè)為主要會員。我國的信息產(chǎn)業(yè)部也參加了OFDM論壇，可見OFDM在無線通信領(lǐng)域的應(yīng)用在當(dāng)時(shí)已引起國內(nèi)通信界的重視。2000年11月，OFDM論壇的固定

26、無線接入工作組向的無限城域網(wǎng)委員會提交了一份建議書，提議采用OFDM技術(shù)作為IEEE8城域網(wǎng)的物理層標(biāo)準(zhǔn)，隨著802.1la和BRANHyperLAN/2兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)在局域網(wǎng)中的普及應(yīng)用，OFDM技術(shù)將會進(jìn)一步在無線數(shù)據(jù)本地環(huán)路的廣域網(wǎng)領(lǐng)域做出更大的奉獻(xiàn)。人們對通信數(shù)據(jù)化、寬帶化、個(gè)人化和移動化的需求日益增長，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通信的核心技術(shù)之一3。1.2.2 OFDM技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域1.移動通信領(lǐng)域OFDM技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸速度相當(dāng)于GSMGlobal System for Mobile munic

27、ation ，全球移動通信系統(tǒng)和CDMACode Division Multiple Access，碼分多址技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的10倍。從理論上講，OFDM技術(shù)要優(yōu)越于當(dāng)前的全球移動運(yùn)營商所采用的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。預(yù)計(jì)第三代以后的移動通信的主流技術(shù)將是OFDM技術(shù)。但問題是其本錢和兼容性等問題與當(dāng)前技術(shù)相比是否具有競爭力。近年來，OFDM開場與CDMA技術(shù)相結(jié)合，產(chǎn)生了MC-CDMA。該技術(shù)除了繼承了DS-CDMA的優(yōu)點(diǎn)外，還具有靈活、容量高、強(qiáng)抗干擾、無需復(fù)雜的均衡等優(yōu)點(diǎn)。2.數(shù)字傳輸領(lǐng)域OFDM在數(shù)字播送領(lǐng)域也有出色的表現(xiàn)。DABDigital Audio Broadcasting，數(shù)字語音播送DMBDig

28、ital Multimedia Broadcasting，數(shù)字多媒體播送具有音質(zhì)好CD質(zhì)量、可實(shí)現(xiàn)多媒體接收、可加密、并可利用衛(wèi)星大幅度提高播送的覆蓋率等優(yōu)點(diǎn)，是播送事業(yè)開展中的一個(gè)新的里程碑。采用OFDM技術(shù)后，系統(tǒng)發(fā)射功率減小、可高速移動接收、頻譜利用率高、有很強(qiáng)的抗干擾和在惡劣環(huán)境下接收的能力，有效的實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)高速可靠的傳輸。3.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域近年來，Internet以驚人的速度開展，Internet的用戶眾多，分布廣泛，傳統(tǒng)Modem僅能提供56Kbps的速度，ISDN業(yè)務(wù)最多也只能提供128Kbps的速度，這些都難以滿足Internet飛速開展的需要。寬帶技術(shù)開場興起，OFDM則以其

29、良好的性能在該領(lǐng)域得到很好的應(yīng)用。如已經(jīng)進(jìn)入千家萬戶的ADSLAsymmetric Digital Subscriber Loop，非對稱數(shù)字用戶環(huán)路和正在不斷升溫的VDSLVery High Bit Rate Digital Subscriber Loop，甚高速數(shù)字用戶線路。VDSL不對稱工作時(shí)，上行速率為1.6到2.3Mbps，下行速率可高達(dá)52Mbps；對稱工作時(shí)，尚下行速率均可高達(dá)26Mbps。ADSL采用不對稱工作方式，下行速率8Mbps，遠(yuǎn)高于ISDN速率；而且上行速率也有1Mbps，傳輸距離則到達(dá)3000m-5000m。在無線局域網(wǎng)領(lǐng)域， IEEE于1999年通過了一個(gè)5GHz

30、的無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)802.1la，其中OFDM調(diào)制技術(shù)被作為它的物理層標(biāo)準(zhǔn)。802.1la工作于或頻段，能提供的速率有6、12、18、24、36、48和54Mbps，其中必須支持6、12和24Mbps。802.1la使用52個(gè)子載波，調(diào)制方式有BPSK、QPSK、16QAM及64QAM，采用了編碼率為1/2，2/3和3/4的前向糾錯(cuò)編碼。ETSI的寬帶無線接入網(wǎng)BRAN工程Hyper LAN 2也把OFDM定為它的調(diào)制標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。在未來的寬帶接入系統(tǒng)中，OFDM將是一項(xiàng)根本技術(shù)。目前，OFDM在電力線網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域中也得到了應(yīng)用。1.2.3 OFDM 技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)OFDM技術(shù)主要有如下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：1.抗衰

31、落能力強(qiáng)OFDM使用戶信息通過多個(gè)子載波傳輸，在每個(gè)子載波上的信號時(shí)間就相應(yīng)地比同速率的單載波系統(tǒng)上的信號時(shí)間長很多倍，因而對脈沖噪聲Impulsenoise和信道快衰落的抵抗力更強(qiáng)。同時(shí)，通過子載波的聯(lián)合編碼，到達(dá)了子信道間的頻率分集作用，也增強(qiáng)了對脈沖噪聲和信道快衰落的抵抗力。因此，如果衰落不是特別嚴(yán)重，就沒有必要再添加時(shí)域均衡器。2.頻率利用率高OFDM采用允許重疊的正交子載波作為子信道，而不是傳統(tǒng)的利用保護(hù)頻帶別離子信道的方式，因而提高了頻率利用率。3.適合高速數(shù)據(jù)傳輸首先，OFDM的自適應(yīng)調(diào)制機(jī)制使不同的子載波可以根據(jù)信道情況和噪音背景的不同使用不同的調(diào)制方式：信道條件好時(shí)，采用效率

32、高的調(diào)制方式；信道條件差時(shí)，采用抗干擾能力強(qiáng)的調(diào)制方式。另外，OFDM采用的加載算法使系統(tǒng)可以把更多的數(shù)據(jù)集中放在條件好的信道上以高速率進(jìn)展傳送。因此，OFDM技術(shù)非常適合高速數(shù)據(jù)傳輸。4.抗碼間干擾能力強(qiáng)碼間干擾是數(shù)字通信系統(tǒng)中除噪聲干擾之外最主要的干擾，它與加性的噪聲干擾不同，是一種乘性的干擾。造成碼間干擾的原因有很多，實(shí)際上，只要傳輸信道的頻帶是有限的，就會造成一定的碼間干擾。OFDM由于采用了循環(huán)前綴，對抗碼間干擾的能力很強(qiáng)。OFDM技術(shù)的缺乏之處包括：1.對頻偏和相位噪聲比擬敏感OFDM技術(shù)區(qū)分各個(gè)子信道的方法是利用各個(gè)子載波之間嚴(yán)格的正交性。頻偏和相位噪聲會使各個(gè)子載波之間的正交特

33、性惡化，僅僅1%的頻偏就會造成信噪比下降30db。因此，OFDM系統(tǒng)對頻偏和相位噪聲比擬敏感。2.峰均值比大導(dǎo)致射頻放大器功率效率低與單載波系統(tǒng)相比，由于OFDM信號是由多個(gè)獨(dú)立的經(jīng)過調(diào)制的子載波信號相加而成的，這樣的合成信號就有可能產(chǎn)生比擬大的峰值功率，也就會帶來較大的峰值功率與均值功率之比，簡稱峰均值比PAPR。對于包含個(gè)子信道的OFDM來說，當(dāng)N個(gè)子信道都以一樣的相位求和時(shí)，所得到的峰值功率就是均值功率的倍，因而基帶信號的峰均值比為：PAPR=10lgN例如，在N=256的情況下，OFDM系統(tǒng)的PAPR=2.4db。當(dāng)然，這是一種非常極端的情況，通常OFDM系統(tǒng)內(nèi)的峰值不會到達(dá)這樣高的程

34、度。頂峰均值比會增大對射頻放大器的要求，導(dǎo)致射頻信號放大器的功率效率降低4。1.3 本文研究內(nèi)容本文對OFDM通信系統(tǒng)進(jìn)展了較為全面的仿真分析。主要包括：對采用Simulink搭建的仿真系統(tǒng)及主要模塊進(jìn)展了說明；對分別采用QPSK，16QAM，64QAM的OFDM系統(tǒng)的性能進(jìn)展了比擬和分析：對采用RS編碼和未采用編碼的OFDM系統(tǒng)的性能進(jìn)展了比擬；對采用COST-207多徑信道模型及不同多普勒頻移的OFDM系統(tǒng)進(jìn)展了仿真，深入全面研究了瑞利衰落信道對OFDM通信系統(tǒng)性能的影響；對采用塊狀導(dǎo)頻的OFDM通信系統(tǒng)進(jìn)展了仿真分析，對采用不同導(dǎo)頻比及不同多普勒頻移的系統(tǒng)性能進(jìn)展了比擬和分析，得出了仿真

35、模型下適用的多普勒頻移的變化范圍及相應(yīng)的導(dǎo)頻比的選擇；對采用梳狀導(dǎo)頻的OFDM通信系統(tǒng)進(jìn)展了仿真分析，對采用不同導(dǎo)頻比及不同多普勒頻移的系統(tǒng)性能進(jìn)展了比擬和分析，根據(jù)仿真結(jié)果總結(jié)了梳狀導(dǎo)頻的適用情況，對OFDM系統(tǒng)的導(dǎo)頻選擇進(jìn)展了分析和總結(jié)。1.4 本章小結(jié)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)，它的根本思想是將高速傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流通過串并轉(zhuǎn)換，變成在假設(shè)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，使得符號周期加長并大于多徑時(shí)延，從而有效地對抗多徑衰落；OFDM技術(shù)利用信號的時(shí)頻正交性，允許子信道頻譜有局部重疊，使得頻譜利用率提高近一倍。正

36、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從F1至FT來完成OFDM系統(tǒng)的調(diào)制和解調(diào)功能。80年代，人們對多載波調(diào)制在高速M(fèi)ODEM、數(shù)字移動通信等領(lǐng)域中的應(yīng)用進(jìn)展了較為深入的研究。90年代，數(shù)字信號處理技術(shù)和超大規(guī)模集成電路的飛速開展為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開場迅速開展并被廣泛應(yīng)用。隨著成熟技術(shù)的逐步引入，人們開場集中越來越多的精力開發(fā)OFDM技術(shù)在移動通信領(lǐng)域的應(yīng)用。人們對通信數(shù)據(jù)化、寬帶化、個(gè)人化和移動化的需求日益增長，

37、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通信的核心技術(shù)之一。OFDM技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域有移動通信領(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。OFDM技術(shù)主要有如下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：抗衰落能力強(qiáng)、頻率利用率高、適合高速數(shù)據(jù)傳輸和抗碼間干擾能力強(qiáng)。OFDM技術(shù)的缺乏之處包括：對頻偏和相位噪聲比擬敏感、峰均值比大導(dǎo)致射頻放大器功率效率低、加載算法和自適應(yīng)調(diào)制會增加系統(tǒng)復(fù)雜度。在本章的最后，對本文研究內(nèi)容進(jìn)展了說明。第2章 OFDM原理與性能OFDM由大量在頻率上等間隔的子載波構(gòu)成設(shè)共有N個(gè)載波，各載波可用同一種數(shù)字調(diào)制方法

38、，或不同的載波使用不同的調(diào)制方法，將高速串行數(shù)據(jù)分成多路并行的低速數(shù)據(jù)加以調(diào)制。所以O(shè)FDM實(shí)際上是一種并行調(diào)制方案，將符號周期延長N倍，從而提高了抗多徑衰落的抵抗能力。在傳統(tǒng)的頻分復(fù)用中備載波的信號頻譜互不重疊，頻帶利用率較低。在OFDM系統(tǒng)中，各于載波在整個(gè)符號周期上是正交的即加于符號周期上的任何兩個(gè)載被的乘積等于零，因此各于載波信號頻譜可以互相重疊，大大提高了頻帶利用率。由于OFDM系統(tǒng)中的載波數(shù)量多達(dá)幾百上千，所以在實(shí)際應(yīng)用中不可能使用幾百個(gè)振蕩器和鎖相環(huán)進(jìn)展調(diào)制。因此，Weinstein提出了用離散傅里葉變換DFT實(shí)現(xiàn)OFDM的方法。隨著數(shù)字信號處理技術(shù)DSP的飛速開展，采用快速傅里

39、葉變換，利用現(xiàn)有的高速數(shù)字信號處理芯片實(shí)現(xiàn)OFDM的調(diào)制與解調(diào)，非常方便，又可大大降低系統(tǒng)本錢。2.1 OFDM的根本原理模型OFDM的根本原理就是把串行的數(shù)據(jù)流分解成假設(shè)干個(gè)數(shù)據(jù)速率低得多的并行子數(shù)據(jù)流，每個(gè)子數(shù)據(jù)流再去調(diào)制相應(yīng)各個(gè)正交的子載波，最后把各個(gè)子載波上的信號疊加合成一起輸出。OFDM系統(tǒng)的根本原理如圖2.1所示：圖2.1OFDM系統(tǒng)根本原理模型從上圖可以看出：OFDM的發(fā)送端的根本原理就是把輸入數(shù)據(jù)經(jīng)過串并變換成N路子信道數(shù)據(jù)，然后分別調(diào)制相應(yīng)各個(gè)正交的子載波后疊加合成一起輸出。而在接收端則用各個(gè)子載波分別混頻和積分得到各路數(shù)據(jù)，經(jīng)過并串變換便輸出原始數(shù)據(jù)。從上面對OFDM根本原

40、理的論述可以看出：其實(shí)現(xiàn)的根本思想是通過串并變換把串行的高速數(shù)據(jù)流變成并行的低速數(shù)據(jù)流，實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵點(diǎn)是保證各個(gè)子載波之間的正交性56。串并變換是很容易實(shí)現(xiàn)的，而正交性是如何實(shí)現(xiàn)的呢？下面先看看OFDM信號的表達(dá)式。一個(gè)OFDM符號之內(nèi)包括多個(gè)經(jīng)過調(diào)制的子載波的合成信號，其中每個(gè)子載波信號都可以進(jìn)展相移鍵控PSK或者正交幅度調(diào)制QAM。如果N表示子信道的個(gè)數(shù)，T表示一個(gè)OFDM符號的時(shí)間寬度，(i=0,1,iN-1)為每個(gè)子信道的數(shù)據(jù)符號，是第0個(gè)子載波的載波頻率，則。開場的一個(gè)已經(jīng)調(diào)制的OFDM符號可表示為：(2-1)然而在多數(shù)的文獻(xiàn)中，通常采用復(fù)等效基帶信號來表示OFDM的輸出信號，如式(2

41、-2)所示。其中實(shí)部和虛局部別對應(yīng)于OFDM符號的同相和正交分量，在實(shí)際中可以分別與相應(yīng)的子載波的COS分量和SIN分量相乘，再疊加成OFDM信號。2-2 從式(2.1)和式2.2都可以看出，OFDM信號相鄰子載波間的間隔為OFDM的碼元速率即1/T，這樣就有： 2-3 =式2-3說明了只要使各個(gè)子載波之間的間隔為1/T就保證了各個(gè)子載波之間的正交性。正是這種正交性使頻譜互相重疊的各個(gè)子載波信號能夠被正確的別離出來。比方要解調(diào)第j個(gè)子載波，根據(jù)圖2-1及式(2-3)有： = 2-4 =這種正交性在時(shí)域的表現(xiàn)就是每個(gè)子載波在一個(gè)OFDM符號周期內(nèi)包含整數(shù)倍個(gè)周期，而且各個(gè)相鄰子載波之間相差一個(gè)周

42、期7。如圖2.2所示圖2.2OFDM信號正交性的時(shí)域表現(xiàn)這種正交性也可以從頻域得到更直觀的表達(dá)。因?yàn)槊總€(gè)OFDM符號包含了多個(gè)非零的子載波，因此其頻譜可以看作是周期為T的矩形脈沖的頻譜與各個(gè)子載波的脈沖響應(yīng)函數(shù)的卷積，圖2.3顯示了OFDM信號頻譜中各個(gè)子信道頻譜的情況其中每個(gè)子信道的頻譜為sinc函數(shù)，它在中心頻率處有最大值，在1/T的整數(shù)倍頻率上的值為零8。這樣，在每個(gè)子載波的頻譜最大值處所有其他子載波為零，在解調(diào)時(shí)，需要計(jì)算各個(gè)于載波頻譜的最大值，只要保證各個(gè)子載波的頻率沒有偏移，就可以準(zhǔn)確的解調(diào)出每個(gè)子信道上的數(shù)據(jù)而不受其他子信道的影響圖2.3從各個(gè)子信道頻譜看OFDM信號的頻譜在OF

43、DM信號頻譜中，由于各個(gè)子信道頻譜相互重疊，OFDM信號的帶寬是進(jìn)展一般頻分復(fù)用信號帶寬的一半即頻譜利用率提高了一倍。這是OFDM給我們帶來的最大好處之一9。2.2 OFDM的IFFT/FFT實(shí)現(xiàn)圖2-1只是從理論上說明了OFDM系統(tǒng)的根本原理，按圖2-1來實(shí)現(xiàn)OFDM系統(tǒng)是非常的困難和不可取的。因?yàn)楫?dāng)子載波數(shù)目多，子載波間隔非常小時(shí)，難以實(shí)現(xiàn)這么高的頻率分辨率，而且解調(diào)時(shí)每一路子載波都要進(jìn)展積分，導(dǎo)致系統(tǒng)構(gòu)造龐大，非常的浪費(fèi)資源，因此需要尋找一種易于實(shí)現(xiàn)的方案10。在式2-2中令，對信號s(t)以T/N的速率進(jìn)展采樣即令 (k=0,1,2.N-1)，可以得到： 2-5可以看到可以看作對進(jìn)展離

44、散傅立葉反變換IDFT運(yùn)算。同樣在接收端為了恢復(fù)出原始的數(shù)據(jù)符號，對進(jìn)展反變換，即進(jìn)展離散傅立葉變換DFT得到：2-6根據(jù)以上的分析可以看出，OFDM系統(tǒng)的調(diào)制和解調(diào)可以分別由IDFT/DFT完成。通過N點(diǎn)IDFT運(yùn)算，把頻域數(shù)據(jù)符號變成時(shí)域數(shù)據(jù)符號，經(jīng)過射頻載波調(diào)制之后，發(fā)送到無線信道中。其中，每一個(gè)IDFT輸出的數(shù)據(jù)符號都是由所有子載波信號經(jīng)過疊加而生成，即對連續(xù)的多個(gè)經(jīng)過調(diào)制的子載波的疊加信號進(jìn)展抽樣得到的。這樣通過DFT的方法來實(shí)現(xiàn)OFDM有很大的好處，它大大簡化了調(diào)制解調(diào)器的設(shè)計(jì)，使用IDFT/DFT便可完成了多路子載波的調(diào)制和解調(diào)，而且IDFT/DFT早就有了成熟的快速算法IFFT

45、/FFT，它可以方便的在DSP芯片中實(shí)現(xiàn)。使用IFFT/FFT的OFDM系統(tǒng)根本原理如圖2.4所示11。圖2.4OFDM根本原理的IFFT/FFT實(shí)現(xiàn)2.3 添加循環(huán)前綴應(yīng)用OFDM的一個(gè)最主要原因是它可以有效的對抗多徑時(shí)延擴(kuò)展。通過把輸入的數(shù)據(jù)流串并變換到N個(gè)并行的子信道中，使得每個(gè)用于去調(diào)制子載波的數(shù)據(jù)符號周期可以擴(kuò)大為原始數(shù)據(jù)符號周期的N倍，因此時(shí)延擴(kuò)展與符號周期的比值也同樣降低N倍。為了最大限度地消除符號間干擾，還可以在每個(gè)OFDM符號之間插入保護(hù)間隔guard interval，而且該保護(hù)間隔長度12Tg一般要大于無線信道的最大時(shí)延擴(kuò)展，這樣一個(gè)符號的多徑分量就不會對下一個(gè)符號造成干

46、擾。在這段保護(hù)間隔內(nèi)，可以不插入任何信號，即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，則會產(chǎn)生信道間干擾ICI，即子載波之間的正交性遭到破壞，不同的子載波之間產(chǎn)生干擾13。這種效應(yīng)可見圖2.5。由于每個(gè)OFDM符號中都包括所有的非零子載波信號，而且也同時(shí)會出現(xiàn)該OFDM符號的時(shí)延信號，因此圖2.5中給出了第一子載波和第二子載波的延時(shí)信號。從圖中可以看到，由于在FFT運(yùn)算時(shí)間長度內(nèi)，第一子載波與帶有時(shí)延的第二載波之間的周期個(gè)數(shù)之差不是整數(shù)，所以當(dāng)接收機(jī)試圖對第一于載波進(jìn)展解調(diào)時(shí)第二子載波會對此造成干擾。同樣，當(dāng)接收機(jī)對第二子載波進(jìn)展解調(diào)時(shí)，也會存在來自第一子載波的干擾。為了消除

47、由于多徑所造成的ICI，OFDM符號需要在其保護(hù)間隔內(nèi)填入循環(huán)前綴信號，見圖2.6這樣就可以保證在FFT周期內(nèi)，OFDM符號的時(shí)延副本內(nèi)所包吉的波形的周期個(gè)數(shù)也是整數(shù)14。這樣，時(shí)延小于保護(hù)間隔的時(shí)延信號就不會在解調(diào)過程中產(chǎn)生ICI。圖2.5由于多徑時(shí)延的影響，插入保護(hù)間隔造成的對于載波之間的干擾圖2.6OFDM符號的循環(huán)前綴當(dāng)子載波個(gè)數(shù)比擬大時(shí)，OFDM的符號周期相對于信道的脈沖響應(yīng)長度很大，則符號間干擾ISI的影響很?。欢绻噜廜FDM符號之間的保護(hù)間隔滿足。的要求，則可以完全克制ISI的影響15。同時(shí)為了保持子載波之間的正交性，該保護(hù)間隔必須是循環(huán)前綴，即將每個(gè)OFDM符號的后時(shí)間中的

48、樣點(diǎn)復(fù)制到OFDM符號的前面形成前綴，此時(shí)OFDM的符號周期為： 2-7保護(hù)間隔的離散長度，即樣點(diǎn)個(gè)數(shù)為： 2-8包含保護(hù)間隔、功率歸一化的OFDM的抽樣序列*為: 2-9經(jīng)過信道和加性白高斯噪聲的作用后的接收信號為： 2-10接收信號經(jīng)過A/D變換后得到的接收序列，為對按T/N的抽樣速率得到的數(shù)字抽樣。ISI只會對接收序列的前個(gè)樣點(diǎn)形成干擾，因此將前個(gè)樣點(diǎn)去掉，就可完全消除ISI的影響16。數(shù)據(jù)流經(jīng)過串并變換實(shí)現(xiàn)了把串行數(shù)據(jù)流變換成N個(gè)并行數(shù)據(jù)流N為OFDM系統(tǒng)的子載波個(gè)數(shù)后，進(jìn)展N點(diǎn)的IFFT變換，從而在基帶上實(shí)現(xiàn)把N個(gè)并行數(shù)據(jù)調(diào)制到N個(gè)并行的正交子載波上，為了最大程度的消除碼間串?dāng)_ISI

49、和信道間干擾ICI，在每個(gè)OFDM數(shù)據(jù)符號前面添加了長度為N。的循環(huán)前綴(CP)17，最后經(jīng)過并串變換和D/A變換發(fā)送到信道中。2.4 本章小結(jié)OFDM的發(fā)送端的根本原理就是把輸入數(shù)據(jù)經(jīng)過串并變換成N路子信道數(shù)據(jù)，然后分別調(diào)制相應(yīng)各個(gè)正交的子載波后疊加合成一起輸出。其實(shí)現(xiàn)的根本思想是通過串并變換把串行的高速數(shù)據(jù)流變成并行的低速數(shù)據(jù)流，實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵點(diǎn)是保證各個(gè)子載波之間的正交性。OFDM系統(tǒng)的調(diào)制和解調(diào)可以分別由IDFT/DFT完成。通過N點(diǎn)IDFT運(yùn)算，把頻域數(shù)據(jù)符號變成時(shí)域數(shù)據(jù)符號，經(jīng)過射頻載波調(diào)制之后，發(fā)送到無線信道中。為了消除由于多徑所造成的ICI，OFDM符號需要在其保護(hù)間隔內(nèi)填入循環(huán)前

50、綴信號，這樣就可以保證在周期內(nèi)，OFDM符號的時(shí)延副本內(nèi)所包含的波形的周期個(gè)數(shù)也是整數(shù)。這樣，時(shí)延小于保護(hù)間隔的時(shí)延信號就不會在解調(diào)過程中產(chǎn)生ICI。當(dāng)子載波個(gè)數(shù)比擬大時(shí)，OFDM的符號周期相對于信道的脈沖響應(yīng)長度很大，則符號間干擾(ISI)的影響很小；而如果相鄰OFDM符號之間的保護(hù)間隔滿足的要求，則可以完全克制ISI的影響。同時(shí)為了保持子載波之間的正交性，該保護(hù)間隔必須是循環(huán)前綴，即將每個(gè)OFDM符號的后時(shí)間中的樣點(diǎn)復(fù)制到OFDM符號的前面形成前綴。第3章 關(guān)鍵技術(shù)3.1 OFDM同步OFDM傳輸系統(tǒng)可以有效的對抗多徑傳播，并且其信號處理過程并不復(fù)雜，但是，假設(shè)OFDM系統(tǒng)要在頻率選擇性衰

51、弱信道下獲得到較好的性能，解調(diào)系統(tǒng)必須有一個(gè)近乎完美的同步。由于OFDM使用許多正交的子載波，時(shí)間或者頻率的失步不僅影響本采樣點(diǎn)的振幅和相位，而且使載波間失去正交性，產(chǎn)生載波間干擾，使得前后采樣點(diǎn)都受到干擾。因此與單載波通信系統(tǒng)相比，多載波通信系統(tǒng)需要更為準(zhǔn)確的同步18。3.1.1 同步誤差的產(chǎn)生同步誤差是由于接收機(jī)對于發(fā)射機(jī)的未知性造成的，總的說來分為時(shí)間同步和頻率同步。由于發(fā)射信號到達(dá)時(shí)間的未知性產(chǎn)生了符號定時(shí)誤差。OFDM的基帶信號: 3-1其中表示第j個(gè)符號的第k個(gè)載波上的調(diào)制數(shù)據(jù)，表示第j個(gè)符號的第n個(gè)采樣點(diǎn)。加上保護(hù)間隔得到基帶信號： 3-2 =第j個(gè)符號的接收信號可以表示為： 3

52、-3其中表示第k個(gè)載波的信道響應(yīng)，表示符號定時(shí)誤差，表示采樣誤差，表示頻率誤差，,分別表示有效數(shù)據(jù)符號長度，采樣間隔和整個(gè)符號長度包括保護(hù)間隔。接收機(jī)首先去掉符號中的保護(hù)間隔，然后將信號送入FFT，經(jīng)過FFT第j個(gè)符號的第k個(gè)載波的解調(diào)數(shù)據(jù)可以表示如下: 3-4這里k表示載波間干擾ICI，表示噪聲19。我們首先分析符號同步。符號同步是接收機(jī)解調(diào)的第一步，其作用是判定符號的起始位置，只有得到了正確的符號起始位置接收機(jī)才能正確解調(diào)信號。符號同步誤差是指符號估計(jì)位置和正確位置的誤差，表現(xiàn)為載波相位的改變，在第k個(gè)載波相位改變?nèi)缦拢?3-5 我們可以發(fā)現(xiàn)相位改變值與載波位置成正比。3.1.2 基于序列

53、的符號同步使用PN序列的OFDM傳輸系統(tǒng)符號構(gòu)造需要在幀的開頭插入訓(xùn)練符號，因此基于PN序列OFDM傳輸系統(tǒng)不僅適合連續(xù)數(shù)據(jù)的傳輸，同樣也適合突發(fā)數(shù)據(jù)的傳輸。訓(xùn)練符號有兩種組成方式，一種是直接在時(shí)域插入PN序列形成訓(xùn)練符號，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)簡單；另一種方法是在頻域插入PN序列形成訓(xùn)練符號，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是有利于均衡和頻偏估計(jì)。下面簡單介紹兩種PN序列構(gòu)造。對于一個(gè)OFDM系統(tǒng)，假設(shè)發(fā)射信號，通過高斯信道，接收信號可以表示為：3-6第一種PN序列構(gòu)造，如圖3.1所示，其符號長度與數(shù)據(jù)符號長度一樣為N，分為前后兩局部，后一局部是前一局部的簡單重復(fù)，也可以用以下方法產(chǎn)生。在一個(gè)長度為的符號的偶數(shù)

54、位置插入PN序列，在其奇數(shù)位置插入零，經(jīng)過IFFT就可以得到所需要的訓(xùn)練符號。圖3.1PN序列構(gòu)造為了得到符號同步我們可以將前后半個(gè)符號共扼相乘并且累加，這樣將在正確的符號同步位置產(chǎn)生一個(gè)鋒利的相關(guān)峰。我們使用以下量度來搜索這一峰值。其中：3-7這種方法在高信噪比下可以得到很好的性能，但是在條件惡劣多徑的情況下，尤其當(dāng)信噪比降低時(shí)，其相關(guān)峰將會在頂峰處出現(xiàn)一段平坡，使得峰值模糊，從而造成符號同步估計(jì)誤差。為了改善頂峰處平坡的量度，第二種PN序列構(gòu)造使用四段長度一樣的PN序列，前兩段完全一樣，后兩段是前兩端的相反數(shù)，其總長度依然與數(shù)據(jù)符號長度一樣為，構(gòu)造見下列圖：圖3.2PN序列構(gòu)造其中B由長度

55、為N/4的PN序列經(jīng)過IFFT得到，我們使用如下的量度搜索符號同步：其中：3-8其峰值由于引進(jìn)了兩段PN序列的相反數(shù)使得在正確的符號同步位置出現(xiàn)峰值，其兩側(cè)的累加值迅速下降，防止了平坡的出現(xiàn)，使得符號同步估計(jì)的正確性大大提高。與其他一些符號同步構(gòu)造相比，使用PN序列進(jìn)展符號同步具有速度快，精度高的特點(diǎn)，這就使得無線移動接收成為可能例如WLAN。但是訓(xùn)練符號的插入必然使頻率利用率降低，這就使這種方法在高速率通信系統(tǒng)中的應(yīng)用受到限制?；谘h(huán)前綴的符號同步基于循環(huán)前綴同步完全利用一個(gè)符號的循環(huán)前綴局部與末尾局部的相關(guān)性在時(shí)域進(jìn)展相關(guān)運(yùn)算得到。設(shè)一個(gè)符號周期內(nèi)有用信號長度為N，循環(huán)前綴為L，且最大時(shí)

56、延小于循環(huán)前綴的時(shí)間，同時(shí)要求數(shù)據(jù)的隨機(jī)性良好，連續(xù)符號不相關(guān)否則誤同步概率增加。當(dāng)起始位置落在循環(huán)前綴內(nèi)時(shí)，信號是以N為周期進(jìn)展周期擴(kuò)展，令接收信號為，計(jì)算與的差，如果n取值使得起始位置在理想同步范圍內(nèi)，則，進(jìn)展求和運(yùn)算得： 3-9顯然有，令同步時(shí)對應(yīng)的時(shí)刻為，時(shí)刻就是時(shí)域同步需要找到的一個(gè)符號的起始同步位置，是以為周期取到的最小值。令，正確同步概率可以用概率分布函數(shù)表示：越小，正確同步概率越大20。3.1.4 頻域同步OFDM傳輸對載波頻率偏差CFO非常敏感，由于OFDM系統(tǒng)采用分塊傳輸，其傳輸信號為時(shí)域受限信號，與其相對應(yīng)的子載波的頻譜在頻域內(nèi)無限擴(kuò)展。假設(shè)時(shí)域?yàn)榫匦未?，則頻譜為Sinc

57、函數(shù)，并且各子載波的頻譜互相穿插重疊。在沒有頻率偏差的情況下，頻率間的正交性得以維持。假設(shè)接收信號與傳輸信號之間存在頻率偏移，則破壞了子載頻間的正交性，從而降低了子載波上有用信號的幅度。而子載波上損失的能量作為干擾信號泄漏到其它子載波。下面就來分析多徑衰落信道下載波偏移對OFDM系統(tǒng)性能的影響21。假設(shè)接收端與發(fā)射端沒有完全同步，則本地載波與信號載波間有一頻率偏差,歸一化為，接收端的輸入信號經(jīng)解調(diào)后為： 3-10其中 3-11 3-12 設(shè)傳輸數(shù)據(jù)的均值為0且統(tǒng)計(jì)獨(dú)立，則有用信號的能量與ICI信號的能量比為： 3-13式3-13是歸一化頻率的函數(shù)，系統(tǒng)對頻偏非常敏感，要保持CIR大于20db，

58、系統(tǒng)頻偏不得大于5%。根據(jù)上面的分析，OFDM傳輸對載波頻偏很敏感，因此對頻率同步的研究也非常多。一類是利用導(dǎo)頻信號或訓(xùn)練序列完成OFDM載波同步，這種方法性能好，但會造成帶寬和功率的損失。另一類是盲估計(jì)方法，其中最簡單的是直接判決，它利用解調(diào)后信元速率數(shù)據(jù)檢測相位或頻率誤差，因此估計(jì)的范圍不超過信元速率的1/2。3.1.5 無線信道的時(shí)變性以及多普勒頻移當(dāng)移動臺在運(yùn)動中進(jìn)展通信時(shí)，接收信號的頻率會發(fā)生變化，稱為多普勒效應(yīng)，這是任何波動過程都具有的特性。以可見光為例，假設(shè)一個(gè)發(fā)光物體在遠(yuǎn)處以固定的頻率發(fā)出光波，我們可以接收到的頻率應(yīng)該是與物體發(fā)出的頻率一樣?，F(xiàn)在假定該物體開場向我們運(yùn)動，但光源

59、發(fā)出第二個(gè)波峰時(shí)，它距我們的距離應(yīng)該要比發(fā)出第一個(gè)波峰的時(shí)候要近，這樣第二個(gè)波峰到達(dá)我們的時(shí)間要小于第一個(gè)波峰到達(dá)我們的時(shí)間，因此這兩個(gè)波峰到達(dá)我們的時(shí)間間隔變小了，與此相應(yīng)我們接收到的頻率就會增加。相反，當(dāng)發(fā)光物體遠(yuǎn)離我們而去的時(shí)候，我們接收到的頻率就要減小，這就是多普勒效應(yīng)的原理。在天體物理學(xué)中，天文學(xué)家利用多普勒效應(yīng)可以判斷出其它星系的恒星都在遠(yuǎn)離我們而去，從而得出宇宙是在不斷膨脹的結(jié)論。這種稱為多普勒效應(yīng)的頻率和速度的關(guān)系是我們?nèi)粘Ｊ煜さ?，例如我們在路邊聽消防車警?bào)的聲音：當(dāng)消防車行駛方向靠近我們時(shí)，其警報(bào)音調(diào)變高對應(yīng)頻率增加；而當(dāng)消防車行駛方向遠(yuǎn)離我們時(shí)，警報(bào)音調(diào)又會變低對應(yīng)頻率降低

60、。信道的時(shí)變性是指信道的傳遞函數(shù)是隨時(shí)間而變化的，即在不同的時(shí)刻發(fā)送一樣的信號，在接收端收到的信號是不一樣的。時(shí)變性在移動通信系統(tǒng)中的具體表達(dá)之一就是多普勒頻移，即單一頻率信號經(jīng)過時(shí)變衰落信道之后會呈現(xiàn)為具有一定帶寬和頻率包絡(luò)的信號，這又可以稱為信道的頻率彌散性frequency dispersion.多普勒效應(yīng)所引起的附加頻率偏移可以稱為多普勒頻移Doppler Frequency Shift，可以用下式表示：3-14其中表示載波頻率，表示光速，表示最大多普勒頻移，表示移動臺的運(yùn)動速度?？梢钥吹?，多普勒頻移與載波頻率和移動臺運(yùn)動速度成正比。從時(shí)域來看，與多普勒頻移相關(guān)的另一個(gè)概念就是相干時(shí)間