OFDM下的多音干擾技術(shù)知識(shí)講解

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。OFDM下的多音干擾技術(shù)摘要正交頻分復(fù)用技術(shù)(OFDM)利用相互正交的多個(gè)子載波束傳送信息，具有高的頻譜利用率和良好的抗多徑干擾能力，已被應(yīng)用于數(shù)字音頻廣播、高清晰度電視和無(wú)線局域網(wǎng)等方面，并且被看作是第四代移動(dòng)通信的核心技術(shù)之一。介紹了OFDM的基本原理并在分析了這一技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)后。基于對(duì)OFDM信號(hào)產(chǎn)生和信道中頻譜規(guī)律的分析，選擇一種干擾方式在小功率情況下對(duì)OFDM信號(hào)進(jìn)行強(qiáng)有力的影響，主要針對(duì)軍通方面的應(yīng)用，在戰(zhàn)爭(zhēng)期間對(duì)敵方使用OFDM進(jìn)行通信的原信號(hào)進(jìn)行干擾。系統(tǒng)論述了多音信號(hào)的產(chǎn)生、在OFDM

2、系統(tǒng)下加入多音信號(hào)的原理以及此多音信號(hào)對(duì)OFDM系統(tǒng)的干擾效果。通過(guò)仿真證明了理論分析的正確性，并可根據(jù)仿真結(jié)果進(jìn)一步應(yīng)用于實(shí)踐中。本文的創(chuàng)新點(diǎn)在于，在OFDM系統(tǒng)中給出了一種行之有效的干擾方式多音干擾，并且理論分析和仿真了多音干擾相比于三種傳統(tǒng)干擾(部分頻帶干擾、寬帶干擾和脈沖干擾)方式，在OFDM系統(tǒng)中具有高效性的特點(diǎn)，即在相同干擾功率的情況下使OFDM系統(tǒng)產(chǎn)生最大的誤碼率。關(guān)鍵詞：正交頻分復(fù)用；OFDM；多音干擾；IFFT；FFTABSTRACTOFDMtransmitsinformationthroughorthogonalmultiplesubcarriersIthashighspe

3、ctrumutilizationandgoodcapabilitytopreventfrommultipathinterferenceIthasbeenusedindigitalvoicebroadcast,HDTVandWLANandisregardedasoneofthecoretechnologiesin4Gmobilecommunicationsystem.BasicprinciplesofOFDMareintroducedAndthenanalysistheadvantagesanddisadvantagesofthistechnologyBasedontheOFDMsignalge

4、nerationandchannelspectrumanalysisofthelaw，theOFDMsignalisgivenastronginterferencebyselectingasmalldisturbanceinpower，mainlyformilitaryapplicationsduringthewartotheenemywhousingOFDMtocommunicatetointerferetheoriginalsignalDiscussingtheprincipleofmultitonesignalsgeneratedintheOFDMsystembyaddingmultit

5、onesignalstoOFDMsystem，aswellasinterferenceeffectsofthemulti-tonesignalsontheOFDMsystemThesimulationprovesthecorrectnessoftheoreticalanalysisanditisappliedtopracticebasedontheresultsofsimulationfurtherTheinnovationofthisarticleistogiveaneffectivewayofinterference-themultitoneinterferenceintheOFDMsys

6、tem，andtheoreticalanalysisandsimulationofamulti-toneinterferencewiththecharacteristicsofhigh-performancecontrasttothreetraditionalinterferingwayswhicharebroadbandinterference，someofthebandinterferenceandpulseinterference，thatisthesameasinterferenceinthepowerintheOFDMsystemsothathavingthemaximumerror

7、rateKeyWords：orthogonalfrequencydivisionmultiplexing；OFDM；multi-toneinterference；IFFT；FFT目錄TOCo1-3hzuHYPERLINKl_Toc2636315811緒論P(yáng)AGEREF_Toc263631581h-5-HYPERLINKl_Toc2636315821.1研究背景PAGEREF_Toc263631582h-5-HYPERLINKl_Toc2636315831.2OFDM技術(shù)簡(jiǎn)介PAGEREF_Toc263631583h-6-HYPERLINKl_Toc2636315841.3多音干擾PAGEREF

8、_Toc263631584h-7-HYPERLINKl_Toc2636315851.3.1干擾技術(shù)分類PAGEREF_Toc263631585h-7-HYPERLINKl_Toc2636315861.3.2多音干擾原理PAGEREF_Toc263631586h-8-HYPERLINKl_Toc2636315871.4OFDM中的多音干擾PAGEREF_Toc263631587h-8-HYPERLINKl_Toc2636315881.5本論文主要工作PAGEREF_Toc263631588h-9-HYPERLINKl_Toc2636315892OFDM系統(tǒng)的基本原理PAGEREF_Toc2636

9、31589h-10-HYPERLINKl_Toc2636315902.1OFDM原理簡(jiǎn)介PAGEREF_Toc263631590h-10-HYPERLINKl_Toc2636315912.2OFDM流程圖PAGEREF_Toc263631591h-11-HYPERLINKl_Toc2636315922.3OFDM的工作原理PAGEREF_Toc263631592h-12-HYPERLINKl_Toc2636315932.3.1信源PAGEREF_Toc263631593h-12-HYPERLINKl_Toc2636315942.3.2編碼PAGEREF_Toc263631594h-12-HYP

10、ERLINKl_Toc2636315952.3.3交織PAGEREF_Toc263631595h-12-HYPERLINKl_Toc2636315962.3.4調(diào)制與串并變換PAGEREF_Toc263631596h-13-HYPERLINKl_Toc2636315972.3.5IFFTPAGEREF_Toc263631597h-14-HYPERLINKl_Toc2636315982.3.4循環(huán)前綴PAGEREF_Toc263631598h-18-HYPERLINKl_Toc2636315993多音干擾技術(shù)PAGEREF_Toc263631599h-21-HYPERLINKl_Toc26363

11、16003.1引言PAGEREF_Toc263631600h-21-HYPERLINKl_Toc2636316013.2OFDM加單音干擾的理論推導(dǎo)PAGEREF_Toc263631601h-21-HYPERLINKl_Toc2636316023.3OFDM加傳統(tǒng)干擾的理論推導(dǎo)PAGEREF_Toc263631602h-23-HYPERLINKl_Toc2636316033.3.1寬帶干擾PAGEREF_Toc263631603h-23-HYPERLINKl_Toc2636316043.2.2脈沖干擾PAGEREF_Toc263631604h-24-HYPERLINKl_Toc26363160

12、53.2.3部分頻帶干擾PAGEREF_Toc263631605h-24-HYPERLINKl_Toc2636316063.4OFDM系統(tǒng)下的多音干擾PAGEREF_Toc263631606h-25-HYPERLINKl_Toc2636316073.4.1干擾音與子載波同頻的性能PAGEREF_Toc263631607h-25-HYPERLINKl_Toc2636316083.4.2對(duì)于多音干擾頻率為任意時(shí)的干擾PAGEREF_Toc263631608h-26-HYPERLINKl_Toc2636316094Matlab仿真PAGEREF_Toc263631609h-29-HYPERLINKl

13、_Toc2636316104.1引言PAGEREF_Toc263631610h-29-HYPERLINKl_Toc2636316114.2OFDM系統(tǒng)仿真PAGEREF_Toc263631611h-29-HYPERLINKl_Toc2636316124.2OFDM系統(tǒng)加入多音、單音干擾仿真PAGEREF_Toc263631612h-34-HYPERLINKl_Toc2636316134.3OFDM下多音干擾與傳統(tǒng)干擾方式對(duì)比PAGEREF_Toc263631613h-34-HYPERLINKl_Toc263631614結(jié)論P(yáng)AGEREF_Toc263631614h-36-HYPERLINKl_

14、Toc263631615參考文獻(xiàn)PAGEREF_Toc263631615h-37-HYPERLINKl_Toc263631616致謝PAGEREF_Toc263631616h-38-1緒論研究背景現(xiàn)代社會(huì)已經(jīng)步入信息時(shí)代，在各種信息技術(shù)中，信息的傳輸即通信起著關(guān)鍵作用。而現(xiàn)代通信中的移動(dòng)通信的發(fā)展打破了通信與地點(diǎn)之間的固定連接，它采用無(wú)線技術(shù)解決了Internet所不能解決的移動(dòng)性，使人們可以在移動(dòng)過(guò)程中進(jìn)行信息的獲取和交互?，F(xiàn)代的移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展始于20世紀(jì)20年代，但是一直到20世紀(jì)70年代中期，才迎來(lái)了移動(dòng)通信的蓬勃發(fā)展。1978年底，美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室研制成功先進(jìn)移動(dòng)電話系統(tǒng)工程（AMP

15、S），建成了蜂窩狀模擬移動(dòng)通信網(wǎng)。這一階段所誕生的移動(dòng)通信系統(tǒng)可以被當(dāng)成是第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)，它采用的是頻分多址和模擬技術(shù)。但是模擬蜂窩系統(tǒng)由于頻譜利用率低，抗干擾能力差，系統(tǒng)保密性差等，不適合未來(lái)多媒體通信業(yè)務(wù)的需求，逐步在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中被淘汰。從20世紀(jì)80年代中期開(kāi)始，數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)進(jìn)入發(fā)展和成熟時(shí)期。蜂窩模擬網(wǎng)的容量已不能滿足同益增長(zhǎng)的移動(dòng)用戶的需求。80年代中期，歐洲首先推出了全球移動(dòng)通信系統(tǒng)(GSM)。隨后美國(guó)和同本也相繼指定了各自的數(shù)字移動(dòng)通信體制。20世紀(jì)90年代初，美國(guó)Qualcomn公司推出了窄帶碼分多址(CDMA)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)。第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)主要是為了支持語(yǔ)音和低速

16、率的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)而設(shè)計(jì)的。但隨著人們對(duì)通信業(yè)務(wù)范圍和業(yè)務(wù)速率要求的不斷提高，已有的第二代移動(dòng)通信網(wǎng)將很難滿足新的業(yè)務(wù)需求。為了適應(yīng)新的市場(chǎng)需求，人們正在制定第三代(3G)移動(dòng)通信系統(tǒng)。但是也有觀點(diǎn)認(rèn)為，現(xiàn)在所制定的3G系統(tǒng)的核心網(wǎng)還沒(méi)有完全脫離第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)的核心網(wǎng)結(jié)構(gòu)，所以有理由認(rèn)為第三代系統(tǒng)僅僅是一個(gè)從窄帶向未來(lái)移動(dòng)通信系統(tǒng)過(guò)渡的階段。人們目前已經(jīng)把目光越來(lái)越多的投入三代以后（beyond3G）移動(dòng)通信系統(tǒng)中，使其可以容納龐大的用戶數(shù)，改善現(xiàn)有的通信品質(zhì)，以達(dá)到高速數(shù)據(jù)通訊傳輸?shù)囊?。以技術(shù)層面來(lái)看，第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)主要以CDMA為技術(shù)核心，三代以后的移動(dòng)通信系統(tǒng)則以正交頻分復(fù)用（Ort

17、hogonalFrequencyDivisionMulitiplexing,OFDM）最受矚目，特別是有不少專家學(xué)者針對(duì)OFDM技術(shù)在移動(dòng)通信技術(shù)上的應(yīng)用，提出相關(guān)的理論基礎(chǔ)，例如，無(wú)線本地環(huán)路（WLL），數(shù)字音訊廣播（DAB）等，都將在未來(lái)采用OFDM技術(shù)。OFDM技術(shù)的應(yīng)用已有40年的歷史了，第一個(gè)OFDM技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用是軍用的無(wú)線高頻通信鏈路，之后這種多載波傳輸技術(shù)在雙向無(wú)線數(shù)據(jù)方面的應(yīng)用卻成為了近十年來(lái)的新趨勢(shì)。OFDM對(duì)未來(lái)通信領(lǐng)域來(lái)說(shuō)十分關(guān)鍵，而針對(duì)OFDM系統(tǒng)在軍事方面的應(yīng)用也會(huì)越來(lái)越多，特別是各種干擾技術(shù)的對(duì)OFDM系統(tǒng)的影響程度的研究，希望找出在小功率的情況下對(duì)OFDM可以進(jìn)

18、行有效的干擾。而通過(guò)理論和仿真證明多因干擾與其它的干擾方式來(lái)說(shuō)可以稱為高效干擾。在滿足小功率的條件下確實(shí)能夠?qū)FDM進(jìn)行有效的干擾。1.2OFDM技術(shù)簡(jiǎn)介OFDM技術(shù)實(shí)際上是MCM(Multi-CarrierModulation多載波調(diào)制)的一種。其主要思想是：是把高速數(shù)據(jù)流通過(guò)串并變換,分配到傳輸速率相對(duì)較低的若干個(gè)子信道中進(jìn)行傳輸。這樣每一個(gè)子信道中的符號(hào)周期會(huì)變長(zhǎng),因此可以減輕多徑時(shí)延對(duì)系統(tǒng)造成的影響。盡管還是頻分復(fù)用,但是與FDMA相比已經(jīng)有了很大的不同:不再是通過(guò)很多帶通濾波器來(lái)實(shí)現(xiàn),而是采用容易實(shí)現(xiàn)的基于載波頻率正交的傅立葉變換調(diào)制,直接在基帶處理。近年來(lái)，OFDM系統(tǒng)已經(jīng)越來(lái)越

19、得到人們的廣泛關(guān)注，這是因?yàn)镺FDM系統(tǒng)存在以下的優(yōu)點(diǎn)9：把高速數(shù)據(jù)流通過(guò)串并轉(zhuǎn)換，使得每個(gè)子載波上的數(shù)據(jù)符號(hào)持續(xù)時(shí)間相對(duì)增加，從而可以有效的減少無(wú)線信道的時(shí)間彌散所帶來(lái)的ISI，這樣就減少了接收機(jī)內(nèi)均衡的復(fù)雜度，有時(shí)甚至可以不采用均衡器，僅通過(guò)采用插入循環(huán)前綴的方法消除ISI的不利影響。頻譜利用率很高，頻譜效率比串行系統(tǒng)高近一倍。這一點(diǎn)在頻譜資源有限的無(wú)線環(huán)境中十分重要。OFDM信號(hào)的相鄰子載波相互重疊，從理論上講其頻譜利用率可以接近Nyqiust的極限。各個(gè)子信道中的這種正交調(diào)制和解調(diào)可以采用IDFT和DFT方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于N很大的系統(tǒng)中，我們可以通過(guò)采用快速傅立葉變換（FFT）來(lái)實(shí)現(xiàn)。隨

20、著大規(guī)模集成電路技術(shù)與DSP技術(shù)的發(fā)展，IFFT和FFT都是非常容易實(shí)現(xiàn)的。OFDM系統(tǒng)可以很容易實(shí)現(xiàn)無(wú)線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)中的非對(duì)稱性，即下行鏈路中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于上行鏈路中的數(shù)據(jù)傳輸量。只需要使用不同數(shù)量的子信道來(lái)實(shí)現(xiàn)上行和下行鏈路中不同的傳輸速率。由于無(wú)線信道存在頻率選擇性，不可能所有的子載波都同時(shí)處于比較深的衰落情況中，因此可以通過(guò)動(dòng)態(tài)比特分配以及動(dòng)態(tài)子信道分配的方法，充分利用信噪比較高的子信道，從而提高系統(tǒng)的性能。OFDM系統(tǒng)可以很容易地與其他多種接入方法相結(jié)合使用，構(gòu)成OFDMA系統(tǒng)，其中包括多載波碼分多址MC-CDMA、跳頻OFDM以及OFDM-TDMA,等等，使多個(gè)用戶可以同時(shí)使用

21、OFDM技術(shù)進(jìn)行信息傳遞。因?yàn)檎瓗Ц蓴_只能影響一小部分的子載波，因此OFDM系統(tǒng)可以在某種程度上抵抗這種窄帶干擾。但是OFDM系統(tǒng)內(nèi)由于存在有多個(gè)正交子載波，而且其輸出信號(hào)是多個(gè)子信道信號(hào)的疊加，因此與單載波系統(tǒng)相比，存在以下主要缺點(diǎn)：易受頻率偏差的影響。由于子信道的頻譜相互覆蓋，這就對(duì)它們之間的正交性提出了嚴(yán)格的要求。存在較高的峰值平均功率比。雖然OFDM系統(tǒng)存在缺點(diǎn)，但是其瑕不掩瑜，OFDM信號(hào)還是下一代通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。1.3多音干擾1.3.1干擾技術(shù)分類干擾包括自然干擾和人為干擾，自然干擾包括接收機(jī)內(nèi)部噪聲、多徑干擾、信道衰落和多用戶干擾等。人為干擾是敵方對(duì)我方實(shí)施的干擾，通常針對(duì)實(shí)

22、際情況選擇干擾波形。用來(lái)干擾通信系統(tǒng)的信號(hào)波形是多種多樣的，按性質(zhì)分，可以分為壓制式干擾和欺騙式干擾。其中壓制式干擾是用強(qiáng)大的干擾功率壓制敵方接收機(jī)的正常接收，使敵方電子設(shè)備收到的有用信號(hào)模糊不清或者完全淹沒(méi)”在干擾之中，以致不能正常工作;欺騙式干擾發(fā)出和敵方通信十分相似的干擾信號(hào)，使敵方通信人員真假難分。主要的壓制式干擾信號(hào)有:寬帶噪聲干擾、部分頻帶噪聲干擾、多音干擾、脈沖干擾。（1）寬帶噪聲干擾如果干擾機(jī)在整個(gè)工作頻帶上發(fā)射額定功率為的寬帶噪聲，則稱為寬帶噪聲干擾，如圖1-1(a)所示。寬帶噪聲干擾的功率譜密度為。寬帶噪聲干擾相當(dāng)于提高了接收機(jī)熱噪聲電平。寬帶噪聲干擾系統(tǒng)對(duì)通信偵察、識(shí)別、

23、引導(dǎo)控制和響應(yīng)速度的要求不高，但是，必須具有足夠強(qiáng)的總干擾功率比干擾定頻通信大得多的代價(jià)，才能有效干擾跳頻通信。（2）部分頻帶噪聲干擾如果干擾機(jī)將噪聲功率集中在工作頻帶的一部分上，則稱為部分頻帶噪聲干擾，如圖1-1（b）所示。干擾帶寬與跳頻帶寬之比，稱為干擾因子，用表示，。因此，部分頻帶噪聲干擾的功率譜密度為，是寬帶噪聲干擾功率譜密謀的倍，對(duì)通信干擾更加有效。對(duì)于干擾者來(lái)說(shuō)，存在一個(gè)最佳的，使干擾效果達(dá)到最好。（3）脈沖干擾如果干擾機(jī)仍然在系統(tǒng)的整個(gè)帶寬內(nèi)均勻施放干擾，但干擾只在部分時(shí)間進(jìn)行，則稱為脈沖干擾。設(shè)施放干擾的時(shí)間與總的時(shí)間之比為,則當(dāng)平均功率固定時(shí)施放干擾時(shí)的瞬時(shí)干擾功率可以達(dá)到。

24、1.3.2多音干擾原理多音干擾，又稱為多頻干擾，是指干擾機(jī)連續(xù)發(fā)出在頻帶內(nèi)對(duì)應(yīng)不同中心頻率的波形，此波形在頻域分開(kāi)，時(shí)域內(nèi)疊加。單音干擾可看作多音干擾干擾音只有一個(gè)中心頻率的特殊情況。多音干擾也可以說(shuō)是多個(gè)單音干擾波形簡(jiǎn)單疊加而成。多音干擾信號(hào)的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：（1-1）式中的M為發(fā)出多音干擾的干擾音個(gè)數(shù)，這個(gè)值要根據(jù)干擾的目標(biāo)和想要達(dá)到的干擾效果而定。施加的具體的干擾波形應(yīng)根據(jù)要施加干擾的系統(tǒng)波形而定，目的是在最小干擾功率的情況下達(dá)到最好的干擾效果。圖1-1典型的干擾波形示意圖(a)寬帶噪聲干擾;(b)部分頻帶噪聲干擾(c)多音噪聲干擾1.4OFDM中的多音干擾由于OFDM為多載波調(diào)制，并且各

25、個(gè)子載波在頻域根據(jù)一定的比率疊加，所以針對(duì)不同的子載波在頻域內(nèi)具有不同中心頻率的特性而施放多音干擾破壞其子載波的正交性是可行的。而施放的多音干擾中各個(gè)干擾音的功率則必須根據(jù)OFDM各個(gè)子載波發(fā)送功率加以權(quán)衡，以達(dá)到在干擾效果相同時(shí)其功率最小。眾所周知，如果OFDM系統(tǒng)的誤碼率達(dá)到1以上就不可以再用，因此假設(shè)由1024個(gè)子載波組成的OFDM系統(tǒng)，只要能徹底破壞其11或12個(gè)子載波則此OFDM就不能進(jìn)行正常的通信，也就是說(shuō)多音干擾中多音個(gè)數(shù)有l(wèi)l或12個(gè)即可，但前提是每一個(gè)單音必須保證可以破壞至少一個(gè)子載波的正交性或者攜帶的數(shù)據(jù)域。實(shí)際上并非這么簡(jiǎn)單，首先理論上無(wú)法保證一個(gè)單音可以完全破壞一個(gè)子載

26、波，不管這個(gè)單音的功率有多大；其次，子載波中還牽扯到子信道個(gè)數(shù)問(wèn)題，如果所破壞的子載波并不是原先的子信道，其干擾效果等于O，這些問(wèn)題都將在以后的章節(jié)進(jìn)行詳細(xì)的討論。在OFDM系統(tǒng)中較之于其它干擾形式多音干擾是否可以達(dá)到高效干擾的要求，除在理論分析的基礎(chǔ)上還要進(jìn)行仿真驗(yàn)證。所謂的高效干擾，既是在達(dá)到相同的干擾效果(誤碼率要求、誤信率要求等)前提下，所消耗的功率盡可能的小。如果多音干擾未能達(dá)到高效的目的，那所做的努力可近似為無(wú)用功。具體的內(nèi)容將在以后章節(jié)討論。1.5本論文主要工作在OFDM系統(tǒng)下加入多音干擾信號(hào)，達(dá)到有效干擾OFDM系統(tǒng)的目的，并通過(guò)與其它干擾方式比較，重點(diǎn)突出多音干擾的高效性，具

27、體是在小功率干擾信號(hào)的情況下能達(dá)到有效干擾OFDM系統(tǒng)的目的。本論文主體部分共分三章，第二章主要介紹了OFDM系統(tǒng)原理和需要注意的關(guān)鍵部分；第三章重點(diǎn)介紹多音信號(hào)原理、產(chǎn)生多音信號(hào)的方法、加入OFDM系統(tǒng)對(duì)其誤碼率的分析、針對(duì)自適應(yīng)OFDM提出的加入方法，最后對(duì)比于其它干擾方式高效的特點(diǎn)；第四章利用Matlab工具仿真了在OFDM系統(tǒng)下OFDM信號(hào)在各個(gè)傳輸階段的波形圖、單音干擾效果圖、多音干擾效果圖、多音干擾較之于部分頻帶干擾、帶寬干擾、脈沖干擾效果圖，仿真的結(jié)果證明了理論分析的正確性以及多音干擾信號(hào)的高效性特點(diǎn)。2OFDM系統(tǒng)的基本原理2.1OFDM原理簡(jiǎn)介OFDM是一種特殊的多載波傳送方

28、案，單個(gè)用戶的信息流被串并變換為多個(gè)低速率碼流，每個(gè)碼流都用一條載波發(fā)送。OFDM棄用傳統(tǒng)的用帶通濾波器來(lái)分隔子載波頻譜的方式，改用跳頻方式選用那些即便頻譜混疊也能夠保持正交的波形，因此我們說(shuō)，OFDM既可以當(dāng)作調(diào)制技術(shù)，也可以當(dāng)作復(fù)用技術(shù)。OFDM增強(qiáng)了抗頻率選擇性衰落和抗窄帶干擾的能力。在單載波系統(tǒng)中，單個(gè)衰落或者干擾可能導(dǎo)致整條鏈路不可用，但在多載波系統(tǒng)中，只會(huì)有一小部分載波受影響。糾錯(cuò)碼的應(yīng)用可以幫助其恢復(fù)一些易錯(cuò)載波上的信息。在傳統(tǒng)的并行通信系統(tǒng)中，整個(gè)系統(tǒng)頻帶被劃分為N個(gè)互不混疊的子信道，每個(gè)子信道被一個(gè)獨(dú)立的信源符號(hào)調(diào)制，即N個(gè)子信道被頻分復(fù)用。這種做法，雖然可以避免不同信道互相

29、干擾但卻以犧牲頻帶利用率為代價(jià)，這在頻帶資源如此緊張的今天尤其不能忍受。上個(gè)世紀(jì)中期，人們又提出了頻帶混疊的子信道方案，信息速率為a，并且每個(gè)信道之間距離也為aHz，這樣可以避免使用高速均衡和抗突發(fā)噪聲差錯(cuò)，同時(shí)可以充分利用信道帶寬，節(jié)省了50%。為了減少各個(gè)子信道間的干擾，我們希望各個(gè)載波間正交。這種“正交”表示的是載波的頻率間精確的數(shù)學(xué)關(guān)系。如前所述，傳統(tǒng)的頻分復(fù)用的載波頻率之間有一定的保護(hù)間隔，通過(guò)濾波器接收所需信息。在這樣的接收機(jī)下，保護(hù)頻帶分隔不同載波頻率，這樣就使頻譜的利用率低。OFDM不存在這個(gè)缺點(diǎn)，它允許各載波間頻率互相混疊，采用了基于載波頻率正交的FFT調(diào)制，由于各個(gè)載波的中

30、心頻點(diǎn)處沒(méi)有其他載波的頻譜分量，所以能夠?qū)崿F(xiàn)各個(gè)載波的正交。盡管還是頻分復(fù)用，但己與過(guò)去的FDMA有了很大的不同：不再是通過(guò)很多帶通濾波器來(lái)實(shí)現(xiàn)，而是直接在基帶處理，這也是OFDM有別于其他系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)之一。OFDM的接收機(jī)實(shí)際上是一組解調(diào)器，它將不同載波搬移至零頻，然后在一個(gè)碼元周期內(nèi)積分，其他載波由于與所積分的信號(hào)正交，因此不會(huì)對(duì)這個(gè)積分結(jié)果產(chǎn)生影響。OFDM的高數(shù)據(jù)速率與子載波的數(shù)量有關(guān)，增加子載波數(shù)目就能提高數(shù)據(jù)的傳送速率。OFDM每個(gè)頻帶的調(diào)制方法可以不同，這增加了系統(tǒng)的靈活性，大多數(shù)通信系統(tǒng)都能提供兩種以上的業(yè)務(wù)來(lái)支持多個(gè)用戶，OFDM適用于多用戶的高靈活度、高利用率的通信系統(tǒng)。2.

31、2OFDM流程圖圖2-1OFDM系統(tǒng)仿真模型圖2-1就為OFDM信號(hào)產(chǎn)生、發(fā)送和接收的全部過(guò)程。要說(shuō)明的是，“編碼”和“交織”可有可無(wú)，它們不是OFDM系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，此兩部分是否加入要根據(jù)信道的條件來(lái)決定，在信道條件很好的情況下，這兩部分可以去掉。在經(jīng)過(guò)IFFT變換之后還應(yīng)該加入循環(huán)前綴（CyclicPrefix，CP)。圖2-1中關(guān)鍵部分為：串并變換、調(diào)制、IFFT、并串變換、FFT和解調(diào)。根據(jù)信道的條件來(lái)決定是否要加入CP(CP主要是抗信道的延遲)，真實(shí)環(huán)境還必須加入導(dǎo)頻，防止頻率偏差和用于信道均衡。2.3OFDM的工作原理2.3.1信源所謂信源，就是抽象化的能發(fā)出有用的信息，這些信息就

32、是待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。任何抽象化的實(shí)體都可以用只含有O、1的一串?dāng)?shù)字表示，只是長(zhǎng)度不同而已。先把待傳輸?shù)男畔⒎纸鉃?、l碼，然后在接收端通過(guò)各種協(xié)議、規(guī)定把接收到的0、1碼恢復(fù)出來(lái)。OFDM系統(tǒng)中，信源發(fā)出的就為隨機(jī)產(chǎn)生的一串由O、1碼組成的數(shù)字，不需要知道是何種信息以什么協(xié)議與這些0、l碼組成的數(shù)字一一對(duì)應(yīng)，我們關(guān)心的是如何將這些0、1碼沒(méi)有誤差的讓接收方收到。2.3.2編碼編碼在通信領(lǐng)域是及其重要的一部分，不論何種編碼方式，它們共同的本質(zhì)是不變的：在有用信息中加入一定比例的監(jiān)督信息，有用信息和監(jiān)督信息之間按照某種人為的規(guī)律排列在一起，在接收端可以根據(jù)監(jiān)督信息來(lái)檢查和恢復(fù)由于信道的原因引起的發(fā)送信

33、息中錯(cuò)誤的信息，編碼通過(guò)犧牲傳碼率(碼元變長(zhǎng))，可以達(dá)到降低誤碼率的目的。需要說(shuō)明的是，監(jiān)督碼元不承載任何信息，它只是與信息碼元之間具有一定的制約關(guān)系，OFDM中是否需要加入編碼完全由信道條件決定，若條件允許最佳方案是不加入編碼，因?yàn)槠錇闊o(wú)用信息，本質(zhì)上降低了信息的傳輸速率。編碼方式有很多種，如RS編碼、循環(huán)冗余校驗(yàn)碼(CRC)、卷積碼、交織編碼、Turbo碼、空時(shí)編碼等，力變不離其宗，差別只是編碼效率和糾錯(cuò)率上，這里不再贅述。2.3.3交織交織的目的只是為了減少數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性，利用交織技術(shù)，信號(hào)在傳輸過(guò)程中即使發(fā)生了成串差錯(cuò)，也能恢復(fù)成一條相繼比特串的消息，差錯(cuò)也就變成單個(gè)(或長(zhǎng)度很短)，

34、這時(shí)再用信道編碼糾錯(cuò)功能糾正差錯(cuò)，恢復(fù)原消息。假定將一些4比特組成的消息分組，把4個(gè)相繼分組中的第1個(gè)比特取出來(lái)，并讓這4個(gè)第1比特組成一個(gè)新的4比特分組，稱作第一幀，4個(gè)消息分組中的比特2-4，也作同樣處理。然后依次傳送第1比特組成的幀，第2比特組成的幀，。在傳輸期間，幀2丟失，如果沒(méi)有交織，那就會(huì)丟失某一整個(gè)消息分組，但采用了交織，僅每個(gè)消息分組的第2比特丟失，再利用信道編碼，全部分組中的消息仍能得以恢復(fù)，這就是交織技術(shù)的基本原理。概括地說(shuō)，交織就是把碼字的b個(gè)比特分散到n個(gè)幀中，以改變比特間的鄰近關(guān)系，因此n值越大，傳輸特性越好，但傳輸時(shí)延也越大，所以在實(shí)際使用中必須作折衷考慮。交織在O

35、FDM系統(tǒng)中不屬于關(guān)鍵部分，是否把交織加入OFDM中由人為決定，本文作者建議在OFDM中加入交織技術(shù)，盡管增加了系統(tǒng)的復(fù)雜度，可提高了系統(tǒng)抗誤碼性能，以得失來(lái)衡量，加入交織是必需的。2.3.4調(diào)制與串并變換之所以把兩個(gè)一起介紹，是因?yàn)榇⒆儞Q是為調(diào)制服務(wù)的。調(diào)制方式的不同決定了串并變換的形式。OFDM系統(tǒng)的各個(gè)載波可以根據(jù)信道的條件來(lái)使用不同的調(diào)制，比如BPSK、QPSK、8PSK、16QAM、64QAM等等，以頻譜利用率和誤碼率之間的最佳平衡為原則。選擇滿足一定誤碼率的最佳調(diào)制方式可以獲得最大頻譜效率。多徑信道的頻率選擇性衰落會(huì)導(dǎo)致接收信號(hào)功率大幅下降，達(dá)到30dB之多，信噪比也大幅下降。使

36、用與信噪比相匹配的調(diào)制方式可以提高頻譜利用率。眾所周知，可靠性是通信系統(tǒng)運(yùn)行是否良好的重要考核指標(biāo)，因此系統(tǒng)通常選擇BPSK或QPSK調(diào)制，這樣可以確保在信道最壞條件下的信噪比要求，但是這兩種調(diào)制的頻譜效率太低。如果使用自適應(yīng)調(diào)制，那么在信道好的時(shí)候終端就可以使用較高的調(diào)制，同樣在終端靠近基站時(shí)，調(diào)制可以由BPSK（1bit/s/Hz）轉(zhuǎn)化成1664QAM（46bit/s/Hz），整個(gè)系統(tǒng)的頻譜利用率得到大幅度的改善，自適應(yīng)調(diào)制能夠使系統(tǒng)容量翻番。但任何事物都有其兩面性，自適應(yīng)調(diào)制也不例外。它要求信號(hào)必需包含一定的開(kāi)銷比特，以告知接收端發(fā)射信號(hào)所采用的調(diào)制方式，并且，終端需要定期更新調(diào)制信息，

37、這又勢(shì)必會(huì)增加更多的開(kāi)銷比特。OFDM技術(shù)將這個(gè)矛盾迎刃而解，通過(guò)采用功率控制和自適應(yīng)調(diào)制協(xié)調(diào)工作的技術(shù)。信道好的時(shí)候，發(fā)射功率不變，可以增強(qiáng)調(diào)制方式（如64QAM），或者在低調(diào)制（如QPSK）時(shí)降低發(fā)射功率。功率控制與自適應(yīng)調(diào)制要取得平衡，也就是說(shuō)對(duì)于一個(gè)遠(yuǎn)端發(fā)射臺(tái)，它有良好的信道，若發(fā)送功率保持不變，可使用較高的調(diào)制方案如64QAM；若功率可以減小，調(diào)制方案也相應(yīng)降低，可使用QPSK。失真、頻偏也是在選擇調(diào)制時(shí)必須考慮的因素。傳輸?shù)姆蔷€性會(huì)造成互調(diào)失真（IMD），此時(shí)信號(hào)具有較高的噪聲電平，信噪比一般不會(huì)太高；失步和多普勒平移所造成的頻率偏移使信道間失去正交特性，僅僅1的頻偏就會(huì)造成信噪比

38、下降30dB。信噪比限制了最大頻譜利用率只能接近57bit/s/Hz。自適應(yīng)調(diào)制要求對(duì)信道的性能有充分的了解，如果在差的信道上使用較強(qiáng)的調(diào)制方式，那么就會(huì)產(chǎn)生很高的誤碼率，影響系統(tǒng)的可靠性。多用戶OFDM系統(tǒng)的導(dǎo)頻信道或參考碼字可以用來(lái)測(cè)試信道的好壞。發(fā)送一個(gè)已知數(shù)據(jù)的碼字，在滿足通信極限的情況下測(cè)量出每條信道的信噪比，根據(jù)這個(gè)信噪比來(lái)確定最適合的調(diào)制方式。2.3.5IFFT這一節(jié)是本章的重中之重，IFFT變換是OFDM系統(tǒng)最核心的部分，以本文作者的理解上，盡量用簡(jiǎn)潔的文字說(shuō)明其本質(zhì)的工作原理。(1)FFT和IFFT變換FFT是DFT的快速算法，兩者本質(zhì)上是相同的，只是FFT減少了DFT的算法

39、復(fù)雜度，所以以下介紹DFT和IDFT的變換過(guò)程。設(shè)為一個(gè)有限長(zhǎng)序列，在之外為0，則此周期序列為：為整數(shù)（2-1）（2-2）所以有,利用DFS，有:（2-3）（2-4）如果將改為,則上式為：（2-5）(2-6)因?yàn)樵趨^(qū)間0N-1內(nèi)，=，所以有：（2-7）（2-8）上式表明，時(shí)域的點(diǎn)有限長(zhǎng)序列可以變換為頻域的N點(diǎn)有限長(zhǎng)序列。說(shuō)明一點(diǎn)，DFT變換具有唯一性，在具體數(shù)值時(shí)DFT和IDFT是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，OFDM系統(tǒng)中的正交性就是利用了DFT變換中的唯一性。（2）0FDM正交調(diào)制解調(diào)框圖首先讓我們來(lái)看看正交調(diào)制的系統(tǒng)框圖2.1：串并轉(zhuǎn)換g(t)g(t)g(t)+信道串并轉(zhuǎn)換圖2.2正交調(diào)制的系統(tǒng)框圖首

40、先碼元速率為T，比特速率是Ts，因?yàn)榇⒆儞Q的關(guān)系，所以T=NTs。在上圖中，正交關(guān)系就表現(xiàn)在調(diào)制信號(hào)pi(t)和解調(diào)信號(hào)qi(t)的關(guān)系上。必須如下式這樣正確的選擇pi(t)和qi(t)，才能滿足正交調(diào)制的條件。（2-9）我們?cè)贠FDM系統(tǒng)，為了做到子載波之間的正交性，往往選擇和為正余弦信號(hào)：和。這樣和明顯能夠滿足公式（2-9）：（2-10）但必須滿足關(guān)系：。那么發(fā)送信號(hào)s(t)可以表示為：，其中。接收端解調(diào)后各子載波信號(hào)為：（2-11）從式子(2-11)可以看到，第m個(gè)子載波解調(diào)后可以正確的會(huì)付出期望的符號(hào)d(m),而對(duì)于其它子載波來(lái)說(shuō)，由于在積分間隔內(nèi)，頻率偏差是的整數(shù)倍，所以積分結(jié)果為

41、0。（3）使用快速傅立葉變換調(diào)制解調(diào)（2-12）我們可以把這個(gè)式子變換個(gè)形式：（2-13）我們把稱為等效基帶信號(hào)。對(duì)這個(gè)基帶信號(hào)進(jìn)行采樣，得到基帶信號(hào)：（2-14）對(duì)于子載波N非常大的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，OFDM正交調(diào)制可以采用離散傅立葉逆變換IDFT算法來(lái)實(shí)現(xiàn)。從(2-14)式我們可以很容易的發(fā)現(xiàn)是d(n)的離散傅立葉逆變換IDFT。若不考慮噪聲和干擾的影響，且假設(shè)滿足正交條件，那么在接收端采用類似的方法就可以得到接收信號(hào)。，顯然，是序列的離散傅立葉變換。在OFDM系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用中，可以采用更加方便更加快速的快速傅立葉變換（FFT/IFFT）。N點(diǎn)DFT和IDFT運(yùn)算需要實(shí)施N*N次的復(fù)數(shù)乘法（我們不

42、比較復(fù)數(shù)加法的運(yùn)算量）；而FFT和IFFT可以顯著的降低運(yùn)算復(fù)雜度。對(duì)于常用的基2-FFT和IFFT運(yùn)算來(lái)說(shuō)，復(fù)數(shù)乘法的次數(shù)僅僅為,舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子，假設(shè)N=16，DFT和FFT所需要的復(fù)數(shù)乘法數(shù)量分別是256次和32次。而且隨著N的增大，這種差距會(huì)越來(lái)越大，F(xiàn)FT的優(yōu)勢(shì)會(huì)更加明顯。對(duì)于子載波數(shù)量非常大的OFDM系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，可以進(jìn)一步采用基4的FFT算法。在基4的FFT運(yùn)算中，只存在于1，-1，j，-j的相乘運(yùn)算，因此不需要采用完整的乘法器來(lái)實(shí)施這種乘法，只需要通過(guò)簡(jiǎn)單地加、減以及交換實(shí)部和虛部的運(yùn)算(當(dāng)與-j，j相乘時(shí))來(lái)實(shí)現(xiàn)這種乘法。在基4-FFT算法中，F(xiàn)FT變換可以被分為多個(gè)4點(diǎn)的FFT變

43、換，這樣就只需要在兩個(gè)級(jí)別之間執(zhí)行完整的乘法操作。因此，N點(diǎn)的基4FFT運(yùn)算中只需要執(zhí)行(3/8)N(Log2N-2)次復(fù)數(shù)乘法或相位選轉(zhuǎn)，以及Nlog2N次復(fù)數(shù)加法。例如在64點(diǎn)的FFT中，需要計(jì)算96次復(fù)數(shù)乘法和384次復(fù)數(shù)加法，換句話說(shuō)，計(jì)算每個(gè)樣值所需要的乘法和加法次數(shù)分別為1.5和6次。2.3.4循環(huán)前綴我們假設(shè)滿足奈奎斯特抽樣定理的離散信道模型如圖2-3所示。圖2-3離散記憶信道其中設(shè)輸入的某個(gè)符號(hào)序列，則其對(duì)應(yīng)的輸出用矩陣表示如下：(2-15)0,0,0保護(hù)間隔共M個(gè)0N+M點(diǎn)數(shù)據(jù)塊N點(diǎn)數(shù)據(jù)塊由于信道存在記憶性，結(jié)果導(dǎo)致輸出快序列不僅與當(dāng)前塊的輸入關(guān)系有關(guān)，還與上一個(gè)塊的最后M個(gè)

44、輸入有關(guān)，這就產(chǎn)生了碼間干擾。解決這個(gè)問(wèn)題的方法有兩種。第一種就是加入保護(hù)間隔，即在每N點(diǎn)數(shù)據(jù)塊前加入M個(gè)0，這樣就得到了一個(gè)M+N點(diǎn)數(shù)據(jù)塊。如圖2.4所示。0,0,0保護(hù)間隔共M個(gè)0N+M點(diǎn)數(shù)據(jù)塊N點(diǎn)數(shù)據(jù)塊圖2-4保護(hù)間隔按照這樣的方法合適的選取保護(hù)間隔的長(zhǎng)度可以消除碼間干擾，然而在這種情況下，由于多徑傳播的影響，則會(huì)產(chǎn)生信道間干擾ICI，即子載波間的正交性會(huì)遭到破壞，不同的子載波間產(chǎn)生干擾。如圖2-4所示，由于每個(gè)OFDM符號(hào)中都包括所有的非零子載波信號(hào)，而且也同時(shí)會(huì)出現(xiàn)該OFDM符號(hào)的時(shí)延信號(hào)。這樣的話，在FFT的運(yùn)算長(zhǎng)度內(nèi)第一個(gè)子載波與帶有時(shí)延的第二個(gè)子載波之間的周期的個(gè)數(shù)之差不再是整

45、數(shù)，所以在接收機(jī)解調(diào)第一個(gè)載波時(shí)，第二個(gè)子載波會(huì)對(duì)一個(gè)子載波造成干擾。同樣，接收機(jī)對(duì)第二子載波進(jìn)行解調(diào)時(shí)，也會(huì)存在來(lái)自第一子載波的干擾。第二子載波對(duì)第一子載波帶來(lái)的ICI干擾保護(hù)間隔FFT積分時(shí)間圖2-5多徑情況下空閑保護(hù)間隔在子載波間造成的干擾為了消除由于多徑所造成的信道間干擾，OFDM符號(hào)需要在其保護(hù)間隔內(nèi)填入循環(huán)前綴信號(hào)，如圖2-6。這樣就可以保證在FFT周期內(nèi)，OFDM符號(hào)的延時(shí)副本內(nèi)所包含的波形的周期數(shù)也是整數(shù)。這樣時(shí)延小于循環(huán)前綴長(zhǎng)度的時(shí)延信號(hào)就不會(huì)在解調(diào)過(guò)程中產(chǎn)生信道間干擾。換句話說(shuō)，加入CP后，當(dāng)CP的長(zhǎng)度大于最大時(shí)延擴(kuò)展，既可以消除碼間干擾，也可以消除信道干擾。我們最后得到的

46、OFDM系統(tǒng)框圖如圖2-7所示。保護(hù)間隔N+M點(diǎn)數(shù)據(jù)塊N點(diǎn)數(shù)據(jù)塊圖2-6循環(huán)前綴IFFT串/并變換加CP去CPFFT并/串轉(zhuǎn)換信道圖2-7基于FFT的OFDM系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)框圖3多音干擾技術(shù)3.1引言多音干擾是一種對(duì)軍事通信系統(tǒng)影響極為突出的針對(duì)性敵意干擾策略。它可對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生較強(qiáng)影響,使系統(tǒng)的BER下降。多音干擾的特征主要表現(xiàn)在功率譜方面，它的功率譜由多條離散的譜線組成，而譜線的個(gè)數(shù)和位置具有隨機(jī)性。傳統(tǒng)的干擾方式一般有部分頻帶干擾、寬帶干擾、脈沖干擾等，多音干擾作為一個(gè)新的干擾方式，是在單音干擾的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。較之其它已經(jīng)很成熟的干擾方式，多音干擾是否可以稱作高效干擾，還有待理論上和實(shí)踐上的驗(yàn)

47、證。這一章節(jié)將詳細(xì)闡述多音干擾原理、對(duì)OFDM性能的影響以及較之于其它干擾方式多音干擾的優(yōu)勢(shì)和缺點(diǎn)，主要從理論上分析OFDM下多音是否可稱為高效干擾方式之一。3.2OFDM加單音干擾的理論推導(dǎo)由于多音干擾是單音干擾的簡(jiǎn)單疊加，所以以下分析以單音干擾為主。假設(shè)是待調(diào)制的數(shù)據(jù)序列，發(fā)送端一個(gè)OFDM符號(hào)的各點(diǎn)信號(hào)可以表示為：(3-1)不考慮循環(huán)前綴，有近似的連續(xù)信號(hào)表達(dá)式:(3-2)其中為OFDM符號(hào)的持續(xù)時(shí)間,為發(fā)送符號(hào)的抽樣間隔。假設(shè)單音干擾信號(hào)為：(3-3)僅考慮AWGN信道(衰落信道可以通過(guò)類似方法進(jìn)行分析)，假設(shè)信道噪聲為，則接收端射頻信號(hào)可以表示為：(3-4)假設(shè)接收端理想同頻同相，去

48、載波：(3-5)假設(shè)接收端理想碼元同步，進(jìn)行采樣。采樣后，得到數(shù)據(jù)序列：(3-6)式中。對(duì)進(jìn)行離散傅立葉變換：(3-7)分析上式：（1）AWGN干擾去載波之前，通常接收濾波器帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于載波中心頻率，可以認(rèn)為進(jìn)入接收機(jī)的AWGN為窄帶高斯白噪聲。假設(shè)，則由去載波得到的低通白噪聲是高斯過(guò)程，且有，。帶寬為，自相關(guān)函數(shù)。以間隔進(jìn)行采樣，得到噪聲的采樣序列。由自相關(guān)函數(shù)知道，隨機(jī)信號(hào)的相關(guān)系數(shù)(3-8)對(duì)采樣序列進(jìn)行FFT，得到解調(diào)后噪聲序列。有上述可知：。因此，高斯白噪聲經(jīng)過(guò)正交多載波解調(diào)，輸出仍為高斯白噪聲，均值和方差不變。（2）單音干擾對(duì)單音干擾信號(hào)進(jìn)行FFT：(3-9)上式中令，則有：(3-

49、10)下面分情況討論：（a）是整數(shù)且時(shí)，干擾信號(hào)和第個(gè)子載波信號(hào)重疊。此時(shí)，(3-11)噪聲功率,僅分布在第個(gè)子載波信道上，并且噪聲功率在時(shí)間上被積分累加。（b）不是整數(shù)且時(shí)，干擾信號(hào)位于第和第個(gè)子載波信道間隔內(nèi)。此時(shí)分布在第個(gè)子載波信道上噪聲功率為：(3-12)由上式可以看出，當(dāng)越接近時(shí)，也就是信號(hào)第個(gè)子載波頻率點(diǎn)離干擾音頻點(diǎn)越近時(shí)，此子載波受到的干擾功率越強(qiáng)。反之，離干擾音頻點(diǎn)越遠(yuǎn)的信號(hào)子載波則受到的干擾越弱。3.3OFDM加傳統(tǒng)干擾的理論推導(dǎo)本節(jié)主要介紹傳統(tǒng)的三種干擾方式寬帶干擾、脈沖干擾和部分頻帶干擾。3.3.1寬帶干擾干擾機(jī)在整個(gè)OFDM信號(hào)的頻帶內(nèi)將干擾功率均勻施放。假設(shè)干擾機(jī)功率

50、為,OFDM系統(tǒng)的帶寬為,則寬帶干擾可以等效為在系統(tǒng)帶寬內(nèi)存在一個(gè)單邊功率譜密度為的寬帶白噪聲。假設(shè)噪聲服從高斯分布，且均值為0，方差為，則通過(guò)32節(jié)的推導(dǎo)可知，在經(jīng)過(guò)FFT變換前后其均值和方差保持不變。3.2.2脈沖干擾干擾機(jī)在整個(gè)帶寬內(nèi)均勻施放干擾，但干擾只在部分時(shí)間進(jìn)行，設(shè)施放干擾的時(shí)間和總的時(shí)間之比為，則當(dāng)平均功率固定時(shí)，施放干擾的瞬時(shí)干擾功率可達(dá)到。因?yàn)橛幸飧蓴_功率往往比背景噪聲功率大出很多倍，為了更好的考慮干擾對(duì)系統(tǒng)的性能影響，可以將背景噪聲忽略不計(jì)。所以，當(dāng)干擾出現(xiàn)時(shí)，可以將其看作是具有瞬時(shí)功率的高斯白噪聲，而干擾未出現(xiàn)時(shí)系統(tǒng)誤碼率為0。若OFDM系統(tǒng)采用相干解調(diào)BPSK，對(duì)其性

51、能進(jìn)行分析，可以給出脈沖干擾的誤碼率表達(dá)式：(3-13)式中,為OFDM信號(hào)總功率，為OFDM信號(hào)帶寬。并且有使誤碼率最大時(shí)對(duì)應(yīng)的為(3-14)以及對(duì)應(yīng)的最大誤碼率為(3-15)3.2.3部分頻帶干擾干擾機(jī)保持總的干擾功率不變，而在OFDM系統(tǒng)的部分通信頻帶內(nèi)施加干擾。由于OFDM系統(tǒng)由多個(gè)相互正交的子載波組成，可以將系統(tǒng)的整個(gè)頻帶劃分為受干擾的頻帶和未受干擾的頻帶，則部分頻帶干擾的性能分析可以仿照脈沖干擾的分析方法進(jìn)行。在干擾頻帶內(nèi)，干擾的瞬時(shí)功率為，相應(yīng)的子載波的誤碼率為，而在未干擾頻帶內(nèi)的子載波誤碼率為0，因此系統(tǒng)的平均誤碼率為(3-16)它與脈沖干擾的性能完全相同。過(guò)第四章的仿真得出的

52、性能也與理論符合。3.4OFDM系統(tǒng)下的多音干擾多音干擾也可稱為多頻干擾，這種信號(hào)本質(zhì)上是單音干擾的簡(jiǎn)單疊加。由于單音干擾對(duì)于信道中信號(hào)的影響只能破壞其某一個(gè)頻率點(diǎn)上的頻譜，所以造成的誤碼率及其有限，因此可以在同一時(shí)間發(fā)送多個(gè)單音干擾破壞有用信號(hào)多個(gè)頻域點(diǎn)上的波形，使其在接收端不能幣確接收發(fā)送的信號(hào)，提高了誤碼率。多音干擾可以說(shuō)在單音干擾的基礎(chǔ)上同時(shí)發(fā)送多個(gè)單音，盡管發(fā)送功率要求比較高，但也達(dá)到了有效提高有用信號(hào)誤碼率的目的。單音干擾信號(hào)可表示為：(3-17)而多音干擾信號(hào)可表示為：(3-18)由式(3-17)和式(3-18)可以看出，很明顯，多音干擾即為單音干擾的簡(jiǎn)單疊加。在式(3-18)中

53、，表示發(fā)送干擾信號(hào)的幅度是可變的，它與干擾機(jī)發(fā)送的功率相關(guān)；為干擾信號(hào)的頻率，為其相位?？梢钥闯龆嘁舾蓴_就是把不同幅度的干擾信號(hào)在頻域上搬移到不同的頻域點(diǎn)上，達(dá)到影響信道中有用信號(hào)在頻域點(diǎn)上波形，提高有用信號(hào)誤碼率的目的。一般來(lái)說(shuō)，都是人為選定的，這要根據(jù)檢測(cè)信道中信號(hào)的頻譜范圍來(lái)確定。在OFDM中，選取必須要在OFDM信號(hào)的頻譜范圍之內(nèi)，否則不會(huì)達(dá)到任何干擾的目的。3.4.1干擾音與子載波同頻的性能干擾機(jī)將其總的干擾功率均勻分布在個(gè)不同的子載波頻率上，其中干擾因子表示干擾音與子載波頻率個(gè)數(shù)的比（為干擾音個(gè)數(shù)，為子載波的個(gè)數(shù)），則多音干擾表達(dá)式為：(3-19)在采用相干解調(diào)BPSK未編碼系統(tǒng)中

54、，接收端信號(hào)的值可以表示為：(3-20)式中，為發(fā)送端發(fā)送的經(jīng)過(guò)BPSK調(diào)制的數(shù)據(jù)，為每一個(gè)子載波的能量，為該子載波頻率上的干擾音功率。若判決準(zhǔn)則為：(3-21)結(jié)合式（3-16）和式（3-17）可知，當(dāng)時(shí)且時(shí)會(huì)發(fā)生誤碼。所以，當(dāng)以等概率取值時(shí)，得到的理論誤碼率為：(3-22)因此，當(dāng)總的干擾功率固定時(shí)，最佳干擾因子為略小于,即，則相應(yīng)的誤碼率為。由此可以得出結(jié)論：誤碼率與信干比呈階躍式關(guān)系即在固定時(shí)，當(dāng)大于某個(gè)值是系統(tǒng)誤碼率為零，這個(gè)值對(duì)應(yīng)為。3.4.2對(duì)于多音干擾頻率為任意時(shí)的干擾可以假設(shè)干擾音也有N個(gè)頻率只是某些頻率分量上幅度可能為零。因此，在信道中添加的干擾信號(hào)可以表示為：(3-23)

55、式中，是被子載波歸一化的靠近中心頻率處的頻率偏差，它是上均勻分布的一個(gè)隨機(jī)變量，為頻率處的干擾幅度。經(jīng)過(guò)FFT之后：(3-24)由上式可以看出，如果干擾音頻率未與子載波頻率對(duì)齊，則FFT變換后每一個(gè)子載波頻率的干擾來(lái)源于所有的干擾頻率。同樣，歸一化頻率與子載波頻率最為接近的干擾音經(jīng)過(guò)FFT變化后，干擾分量會(huì)分散到系統(tǒng)的每個(gè)子載波頻率上，且子載波頻率與越近，泄漏的功率越大。對(duì)于對(duì)齊的單音干擾，只要被干擾子載波上的干擾功率大于信號(hào)功率即可造成傳輸錯(cuò)誤，相應(yīng)的系統(tǒng)誤碼率將改為（只有一個(gè)頻率）即可得到，此時(shí)再增大干擾功率也不會(huì)對(duì)系統(tǒng)誤碼率造成影響。而對(duì)于未對(duì)齊的單音干擾，令干擾音功率為,頻率為,其中是

56、之間的整數(shù)，由式（3-24）可得(3-25)(3-26)如果設(shè)信號(hào)的功率為,則當(dāng)且以等概率取值時(shí)子載波有0.5概率發(fā)生錯(cuò)誤；同理，當(dāng)時(shí)子載波有0.5的概率出錯(cuò)。分析式(3-22)可以看出，未對(duì)齊的單音干擾在干擾功率，較大時(shí)比對(duì)齊的單音干擾效果要好，并且隨著干信比的增大這種差異變得明顯。因?yàn)閷?duì)齊的單音干擾不存在干擾功率的泄漏，只要干擾功率大于信號(hào)功率就會(huì)造成該子載波上0.5的誤碼率，此時(shí)一味的增大干擾功率只能造成干擾能量的浪費(fèi)。而對(duì)于未對(duì)齊的單音干擾情況則不同，由于干擾頻率與子載波頻率不再相互正交，因此干擾功率會(huì)泄漏到系統(tǒng)中各個(gè)子載波之中，干擾功率泄漏的大小與干擾功率本身、頻偏大小以及與干擾音頻

57、率之間的間隔有關(guān)。結(jié)論：未對(duì)齊的單音干擾系統(tǒng)誤碼率與干信比呈階梯式關(guān)系，即在某個(gè)干信比范圍內(nèi)，系統(tǒng)誤碼率保持不變，一旦干信比超過(guò)某個(gè)門限，系統(tǒng)誤碼率就會(huì)上升一個(gè)臺(tái)階，而不像對(duì)齊的單音干擾那樣呈階躍式關(guān)系。這種關(guān)系正好與頻率間隔對(duì)應(yīng)：當(dāng)干擾功率增大到可以使個(gè)子載波受到有效干擾時(shí)，系統(tǒng)誤碼率增大。如果干擾功率非常小，根據(jù)集中功率進(jìn)行有效干擾的策略，可以減小干擾音的個(gè)數(shù)以增大干擾音的功率并且使變成對(duì)齊干擾，或是使進(jìn)一步減小、使每個(gè)干擾的單音功率進(jìn)一步增大而在處施放干擾。當(dāng)子載波個(gè)數(shù)非常大(如)時(shí)，可以作如下近似：(3-27)因此，根據(jù)（3-26）得到泄漏的干擾功率與頻率間隔的關(guān)系為：(3-28)當(dāng)干

58、擾功率可以干擾的頻率間隔為時(shí)，可以計(jì)算受干擾的子載波個(gè)數(shù)為。因此，當(dāng)時(shí)，要想達(dá)到同等的干擾效果，必須使。根據(jù)式（3-29），當(dāng)，且時(shí)，與干擾音頻率間隔為的單音其干擾功率只有原來(lái)的一半無(wú)法實(shí)施有效干擾因此當(dāng)干擾功率非常小時(shí)最佳的多音干擾策略應(yīng)當(dāng)是減小，使略大于信號(hào)功率并且使以對(duì)齊干擾的方式實(shí)施。以上分別對(duì)寬帶干擾、脈沖干擾和部分頻帶干擾對(duì)OFDM系統(tǒng)的性能影響。下一章會(huì)進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果驗(yàn)證了理論的正確性。4Matlab仿真4.1引言本章主要是利用Matlab對(duì)前三章的理論和理論推導(dǎo)進(jìn)行仿真。仿真出OFDM系統(tǒng)以及把多音干擾和其它幾種干擾加入OFDM系統(tǒng)中，以驗(yàn)證多音干擾是一種高效的干擾方式，和

59、理論分析的結(jié)果一致。4.2OFDM系統(tǒng)仿真圖4-1是此OFDM系統(tǒng)仿真的鏈路圖，根據(jù)此圖在Matlab下完成OFDM系統(tǒng)的仿真過(guò)程。圖4-1OFDM系統(tǒng)的仿真鏈路上圖為MATLAB仿真下OFDM系統(tǒng)的仿真程序的框圖。就仿真鏈路，說(shuō)明以下兩點(diǎn)：1、此仿真程序抗誤碼性能最關(guān)鍵的在于選擇的調(diào)制方式，此程序中選用16QAM調(diào)制方式，這是一個(gè)適當(dāng)?shù)恼{(diào)制方式，即有較高的頻譜利用率，又有較高的抗誤碼性能。2、進(jìn)行加窗處理，可以使得邊帶的功率譜下降的快一些。該OFDM系統(tǒng)仿真程序結(jié)果如圖4-2圖4-9所示。圖4-2圖4-9是沒(méi)有多徑僅有白噪聲的理想情況下的仿真圖。其中參數(shù)為:子載波數(shù)為200，符號(hào)數(shù)/子載波為

60、12，符號(hào)/比特?cái)?shù)為4，F(xiàn)FT點(diǎn)數(shù)為512，窗函數(shù)滾降系數(shù)為，調(diào)制方式為16QAM，信噪比為15dB。，圖4-216QAM星座圖分布圖4-3IFFT之前OFDM子載波幅度圖4-4IFFT之前OFDM子載波相位圖4-4是OFDM符號(hào)在IFFT變換后的波形圖，其中第一個(gè)為未加如循環(huán)前綴和后綴的一個(gè)符號(hào)周期內(nèi)OFDM時(shí)域信號(hào)，第二個(gè)為加入循環(huán)前綴的一個(gè)符號(hào)周期內(nèi)OFDM時(shí)域信號(hào)，第三個(gè)為加入循環(huán)前綴和后綴的一個(gè)符號(hào)周期內(nèi)OFDM時(shí)域信號(hào)。圖4-5一個(gè)符號(hào)周期內(nèi)OFDM時(shí)域信號(hào)圖4-6第一個(gè)是信道中OFDM信號(hào)歸一化的頻譜圖；第二個(gè)是加窗后信道中OFDM信號(hào)歸一化的頻譜圖?？梢园l(fā)現(xiàn)，邊帶的功率譜下降明