基于Matlab的OFDM系統(tǒng)設計及分析

基于Mａt(yī)laｂ的OＦDM系統(tǒng)設計及分析————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期:?目錄TOC＼o"１-3＂\ｈ\ｕHＹPERLINK＼ｌ_Ｔｏc5573設計總說明?ＰＡGERＥF_Tｏc557３IHYPERLINK＼l_Toc26737Ｔhｅtotaｌdesiｇneｄｔoshowｔｈat PAGEREF＿Toc26737ＶHYＰＥRLＩＮK\ｌ_Tｏc14597１緒論?PAGEREF＿Tｏｃ145971ＨYＰERLIＮK＼l_Toc21８７01．1課題背景 PＡGEＲＥF_Ｔｏｃ2１8７０1ＨYPERＬIＮK\l_Tｏｃ240541.2無線通信 PAＧEREＦ_Tｏc24０5４1HYPERLINＫ＼l＿Toc２112４1.２.1無線通信概述 PAGＥRＥF_Toc2１124１HＹPＥRLINＫ\ｌ_Toｃ5１４21.2.2無線信道特性 ＰＡGEＲEF_Toc５142２HYPＥRLIＮK\l＿Ｔoc２16621.3ＯＦDM系統(tǒng)介紹?ＰＡGＥREF_Ｔoｃ216623HYPEＲLＩNＫ\l＿Toc6784１．3.1OＦDM的概述 ＰＡGERＥＦ_Toｃ678４３HYPEＲLＩＮK\l_Toc１14781.３.2ＯFDM的應用?PAGEREF_Tｏc１14784HYPＥRＬＩＮK\l_Toc６7991.３.３OＦDM的關鍵技術?PＡGEREF_Ｔoc6７995ＨＹPＥRLIＮＫ\l＿Toc12581１.3．4OＦDM系統(tǒng)的優(yōu)點及缺點?PAＧEREＦ_Toｃ１２５８17HＹPEＲLＩNＫ＼l_Toc９299１.4MATＬAB特點與功能 PＡGEＲEF_Ｔoc92９９9ＨYPEＲＬIＮＫ＼l_Toｃ2５４４9２OFDＭ系統(tǒng)的基本原理 PAＧEREF_Tｏc2５4４911HYPEＲLINK\l＿Toｃ２５5962．1OFＤM技術原理?PＡGEREＦ_Toc255961１HYPERＬINK＼ｌ_Ｔｏc２09142．２基于ＩFFT/FＦT的OFＤＭ系統(tǒng)模型?PＡGEREＦ_Ｔｏc2０91412HYＰERＬINK\l_Tｏc32６2５2.3OＦDM信號的頻譜特性 PAGEＲEF_Ｔoc32625１４HＹPＥRLINK\l＿Tｏｃ5１22．4串并轉換?ＰＡGERＥＦ_Tｏｃ5１2１5ＨＹPERLＩNK\ｌ_Toｃ1782２3OFDM系統(tǒng)在ＭＡTLAＢ上的仿真分析?PＡGEREＦ_Toc178221632813.10FDＭ系統(tǒng)調制與解調解析?PAGEREＦ_Toｃ328１１6ＨＹPERＬINK\l_Toc２５９２７3.2加窗?ＰＡＧEREF_Toc25９2718HYPEＲLINK＼l_Toｃ２５8９73.3AWGNA信道下的仿真 PAGERＥF_Toc２5897２0ＨＹPERLIＮK＼l_Ｔoc２0３2１3.３.1加入高斯白噪聲前后分析對比?ＰAGEREF_Toｃ203２12０HYPERLINＫ\l_Toｃ5263.３．2BER性能曲線 PAGＥREF_Toc52６21HYPEＲLIＮK\ｌ_Toc187494對系統(tǒng)誤碼率的改善分析 ＰAGEＲEF＿Toc187４923HＹPERLＩＮＫ\l_Toc31８674.1循環(huán)前綴 ＰAＧERＥF_Toc3186723HＹＰERLIＮＫ\l_Ｔoc5３904.2ＯFDM系統(tǒng)的峰值平均功率比?PＡGＥREF_Toc5３９027HYPＥＲLINＫ＼l_Toc36774．３信道估計 PAＧEＲＥF_Ｔｏc36７72８ＨYPEＲLINK\l＿Toｃ295６4.3．1信道估計概述 ５62８HYPＥRLINK\ｌ_Toｃ5４14．３.2基于導頻的信道估計方法?PAＧEＲEF_Toc54１29ＨYPERLINK＼l_Ｔoc6082４.3．3信道的插值方法?ＰＡGEREF_Toc608229HYPERLINK\l＿Toc２45０５4．3.4仿真結果及分析 ＰＡGEREF_Ｔoｃ２4５０５３0HYPＥRＬＩNK\l_Tｏc200４７5總結?PＡGEREF_Toｃ２0047３２HＹPERLINK＼l＿Toc19３365.1完成的主要工作 ＰAGEREＦ_Tｏc１933632HYPＥＲLIＮＫ\ｌ＿Tｏc２５５０3５.２不足與展望 PAGＥRＥF＿Ｔoｃ２550３32HYPERLINK\l_Ｔｏｃ276６0參考文獻 PＡGEＲEF_Ｔoｃ27６６０34HYPEＲLINＫ＼ｌ_Ｔｏc８４14附錄 PＡＧERＥF_Toｃ8414３５ＨYPERLＩNＫ\l_Toｃ６0２9致謝?PＡＧEＲEＦ_Tｏc602９50基于Ｍatlab的OFDM系統(tǒng)設計及分析設計總說明正交頻分復用是一種歷史悠久的多載波調制技術，最早在2０世紀中期的時候,在通信領域，研究者們做了大量的卓有成效的研究工作,對多載波調制理論進行了研究,并論證了利用多載波調制技術能夠對整體系統(tǒng)性能進行優(yōu)化。當時許多專家學者對這頻域非常密集的多載波調制的ＯFDM系統(tǒng)產生了巨大的關注。然而那個時候的數字信號處理技術還沒有得到足夠的成長,OFDM也因此沒有得到普遍的關注和使用。在20世紀9０年代,隨著數字信號處理技術的日漸成熟，OＦDＭ技術在告訴數據傳輸方面得到了人們的重視,已經普遍應用于數字音頻廣播(如DAB和ＤＢA）、無線局域網、電話上的數字傳輸（VDSL和ADSL）和電力線通信（ｈｏmｅplugａｖ和BPL）等領域。20０4年，已經作為3G核心之一的WiMAX影響力的擴大強烈迫使傳統(tǒng)電信領域的標準化組織3GPP啟動了它的長期演進計劃,以OFDM為基礎的多址接入技術在這次以空中接口技術的較量中，通過下行OFＤMA和上行SC-FDMA奠定巨大優(yōu)勢獲得勝利，這也意味著未來的一段時間移動通訊系統(tǒng)中將出現OFＤＭ一統(tǒng)天下的局面。正交頻分復用(OFDM)技術能夠有效的避免有符號間干擾信道，因為其簡易高效,現已成為現今無線高速通訊整體中不可或缺的主要技術之一。本文最開始介紹了無線通信的發(fā)展史以及到現在的移動通信系統(tǒng)中的OFＤＭ采用多種新技術所以具備更高的帶寬利用率和克服符號間干擾與突發(fā)噪聲的能力,也因其子載波彼此之間存在正交性，能讓其頻譜互相疊加,對比一般的頻分復用，OFＤＭ能夠盡可能地操控頻譜資源去擴大系統(tǒng)容量,最主要的是它的靈活開放性能很好地符合多媒體通訊的特點，將包含數據、語音、影像等多種多樣的多媒體業(yè)務高效完善地傳達出去。并簡略闡述了仿真必須用到的MATLＡＢ的可靠的數值和符號運算功能,簡易的符號語言,可視化的特點。文章對OFＤM系統(tǒng)進行了概述以及當今社會普遍應用的主要原因在于它能夠將寬帶有符號間干擾信道改造為一系列衰落信道,這也表明，帶寬利用率是非常高的，和高速離散傅里葉變換(DＦＴ）技術來實現調制和解調,且選用聯(lián)合編碼技術，使其能夠有很強的抗衰減特點及可與多種接入方式結合使用的優(yōu)勢與需要補足的地方，如OFDM對系統(tǒng)定時和頻率偏移敏感和存在較高的峰值平均功率比，同時由于無線信道的不穩(wěn)定性，且發(fā)射端載波和本地振蕩器的頻率偏差，所以產生的頻率存在一定偏差使ＯFDM整體出現問題。同時，就OＦDＭ系統(tǒng)的基本原理進行了討論，事實上，它是用N個子載波信道切割成相應的子信道,因為這些子信道調制，實現多個數據的頻域并行傳輸，這點和OFＤM的原理差不多，唯一的區(qū)別就是OFDM技術很好的抓住了其控制特點,使其整個體系中每個子信道的載波相互正交,頻譜彼此疊加,所以頻譜利用率有所提升并減少了每一個子載波之間的影響。得到了OFDM為了保證不同子信道上承載的數據在接收端可以正常分離,必須保證自信道之間的“正交性”，也就是說并行傳輸子信道并不是無限隨意劃分的。所謂的正交性在時域應體現為：在頻域體現為：OＦDM所采用的信號設計形式是滿足正交性要求的最佳信號設計,滿足頻域奈奎斯特采樣定律的最密的采樣，它的正交性是根據在某一個積分時間內所有子載波都是整周期而且不同載波之間周期個數不同來實現的。這樣，就利用了子載波在時域的正交性可以完全屏蔽其他子載波的干擾,恢復了本子載波承載的數據信息。從OFDM信號在頻域的圖像可以看出,每個子載波的頻譜實際上就是頻域的抽樣函數,在頻域的最佳采樣點無子載波間干擾。其實更本上OFＤM調制和解調都是在數字基帶上進行數字信號處理實現的，因此t=為起始時間可以得出ＯＦDＭ的符號表達式：然后OFDM等效復基帶信號通過逆傅里葉變換（IDＦT）的定義,能夠得到它的DFT轉換：從而可以得出由ＤＦT和IＤFT來分別代替OFDM系統(tǒng)的調制和解調。其中通過上式中OFDM符號看出其功率譜的帶外衰減速率很慢,我們不妨對其每一個都進行加窗調制,符號周期邊的幅值逐漸減小為零,信號的幅度也逐漸減小，即使對信號的誤碼率有一定的影響。通過以上OFDM系統(tǒng)參數數學公式和加窗技術的原理及運用ＩDFＴ和DFT完成了基于IFFT/FFT的OFDM系統(tǒng)設計,即在接收端把時域信號通過快速傅里葉變換(FFＴ)轉化為頻域信號，由此我們在程序編碼上配置調制解調相關參數和幀結構等相關參數可以得到ＯFＤＭ在AＷGN信道下的ＢEＲ性能曲線仿真圖，并粗略分析系統(tǒng)誤碼率與信噪比之間的關系，而其代碼中也不會包含信道估計，循環(huán)前綴等模塊。接下來通過上述的ＡWGN信道編寫的程序代碼的基礎上進行添加修改下著重探討了了理想同步條件下,保護時隙（CP)、循環(huán)前綴加入前后和各種信道內插方式在多徑瑞利衰落信道下對ＯFDM系統(tǒng)整體性能的影響。其中如果一個符號的長度嚴格等于Ts,即N個采樣點,那么經過符號間干擾信道之后連續(xù)的兩個符號之間的樣點之間必然發(fā)生重疊,而且符號之間的干擾還會影響每一個子載波間的正交性,帶來嚴峻的后果。因此,系統(tǒng)中往往需要增添保護時隙在兩個OＦＤM符號之間。一種直接的思路是在兩個符號間加上一段時間為０的區(qū)域，這雖然消除了ISＩ,但是這種方法實際上無法克服符號間干擾所帶來的子載波干擾。即在ＦFT積分時間的子載波的延遲路徑已經不在整個周期中，子載波之間的正交性受其嚴重的損傷。我們?yōu)榱私鉀Q這一問題,在目前實用化的OFDＭ系統(tǒng)中都采用了添加循環(huán)前綴（CP)的方法。所謂的循環(huán)前綴其實是將一個符號的后面若干個（Nｃp）樣點按順序移到這個符號前面，代替保護間隔,其作用是在ＦＦT積分時間內，每一條延遲徑上的各個子載波都仍然是整周期的，保證了子載波間的正交性。循環(huán)前綴的引入雖然對抗了符號間干擾,但是帶來了傳輸效率的下降，因此在OFDＭ系統(tǒng)設計時循環(huán)前綴的長度需要適當的選擇一個參數，其長度一定要大于最大多徑時延時,才能擔保子載波間正交性。在添加循環(huán)前綴后,很明顯,整個系統(tǒng)都會產生功率和信息速率的損耗，但它能夠克服符號間干擾和多徑產生的符號間干擾，本文也會通過仿真的實際結果重點說明其兩面性的長短。同時研究OＦDM系統(tǒng)峰均功率比更高的原因，主要是該符號是由一個單一的調制的副載波信號。因此，它可能會導致一個非常高的信號峰值功率，具有很高的峰值均勻功率比。因此對比單載波系統(tǒng)，OFDM系統(tǒng)發(fā)射機的發(fā)送信號的瞬間時值極度不穩(wěn)定。這勢必要求系統(tǒng)內的如Ａ/D、Ｄ/A轉換器等一些器件具備非常大的線性動態(tài)范圍;然而同時也會由于這些器件的非線性對動態(tài)范圍較廣的信號引起非線性失真，以及彼此之間的干擾信道引起的諧波,從而降低整個OFDM體系的性能。在接收端的同時,由于無線信道的波動范圍很廣和不可預測性，且隨著多種原因的不穩(wěn)定性,從而致使收到的信號幅值、相位和頻率的失真，從而難以解析。這些問題對接收機的設計造成了很大的阻礙，因此在接收機中,信道估計器是一個不可或缺的部分。信道估計器的設計在OＦDＭ系統(tǒng)中首要直接就面臨著兩個困難:一是導頻信息的選擇，二是要有較低的復雜度。在最新建立于正交頻分復用的無線通信系統(tǒng),因為其傳輸速率高,它必然運用相干檢測技術來得到更高的性能，因此一般選取非盲估計收獲很不錯的估計結果，使其能夠很好的追尋無線信道的改變，提升接收端信號的質量。此課題所研究的基于導頻信道估計的信道估計方法也是其中一種很實用的方法。由于其分為常值內插、線性內插和DＦT插值,其中常值內插是相當容易的方式,但是考慮到達成的困難度,信道估計準則選?。蘏估計準則,簡單討論LS算法下不同插值方式下對信道估計的仿真。在基于ＩＦＦT/FFT的系統(tǒng)的ＯFＤM系統(tǒng)內加入保護間隔之前之后的模擬和循環(huán)前綴等模塊后，在完全不一樣的信道條件基礎上,,對比保護時隙、循環(huán)前綴、采用LS估計方法對ＯFDＭ系統(tǒng)誤碼率影響,得到了自己此次設計中想要的結論。最后對整個畢業(yè)設計歸納總結，并提出本文存在的不足的地方和對OFDＭ技術將來工作的研究展望。關鍵詞：正交頻分復用;系統(tǒng)仿真;誤碼率影響MATＬABSｉmulatｉonaｎｄPerfｏrmanceＡnａlyｓisoｆOFDＭＳysteｍThetoｔaldesｉgnedｔｏshowtｈatＯｒｔhogｏnalfｒeｑuｅnｃyｄivｉｓｉoｎmultｉpleｘingisaｍuｌｔi-carrierｍoduｌatioｎtechnｏlogywｉthａlｏnｇhistory,asearlyastｈemｉｄdleofthe２0thcenｔury,iｎthefｉeldofcommuniｃation,thｅresearcherｓｈavedoneａlotｏｆfruｉtfulwork,ｓtudieｄthemｕｌticaｒriermoduｌatioｎtheory,ａｎddemｏnstratｅstheｕsｅofmulｔｉcarｒieｒmoduｌａｔｉonteｃhniqueｔooptiｍizｅthｅoveraｌlpeｒformaｎceｏfｔhesｙｓｔem.Ａｔｔｈａt(yī)timｅ,mａnyexpertｓａndschoｌarsｏnthefreqｕenｃydomainoｆveryiｎｔensiｖemｕlｔｉcarrierｍoｄuｌatiｏｎOFDMsysｔemｔoｐroduｃeagreatdealofattenｔｉｏｎ.Attｈatｔiｍｅ,howeveｒｔhegrowthoｆdｉgitalsiｇnaｌproｃｅssinｇtecｈnoｌogyｈaｓnｏtbeeneｎｏugh,ＯFDMandtｈereforｅdｉdn'tgettｈeattentionandwｉdelyｕseｄ.Inthe１990s,withｔhematuringofdigｉtalsignalproｃessinｇｔechnology,OFDMｔｅｃhnolｏgyiｎtellｄａｔaｔrａnsmｉssiｏnｈasgottheaｔtｅntiｏnｏｆtheｐｅople,hasbeenwidelｙapｐliedinthｅdｉgiｔalauｄｉobroaｄcａstiｎｇ(ＤAB)ａｎdDBA),wiｒeleｓslocaｌaｒeａｎetｗｏrｋ(LAＮ)，tｈｅdigｉｔaltransmission（VDSLandADSL)ｏｎthephoneanｄｐowerlinecommuｎication(hｏmeplugａvandBPL),eｔｃ.In200４,hasbeｅnoｎeofｔhｅ3gcoｒeWiMAXinfluenceｔｏeｘｐandastrｏｎgfoｒceoｆtraditｉoｎalｔelｅcomorｇanｉｚatｉonｆorstandａｒdizａt(yī)ioｎintheｆｉｅldof3GPPｌauｎｃheｄｉtｓloｎg-terｍｅｖoluｔiｏｎplaｎ,oｎthebasｉｓofOＦDMｍultiｐleaccesstｅchnologyintheairinterfaｃｅｔｅcｈnolｏgy,ｔhroughthedownlinkOＦDMAｕplinkＳC-FDＭAaｎdlayａhugeaｄｖａnｔagｅｔowin,italsomeansapeｒioｄoｆｔｉmeiｎtｈeｆｕｔｕremobileｃommuｎicatioｎｓysteｍwilｌapｐeａrＯＦDＭthesｉｔuａt(yī)ｉonofｕnifytｈｅwholｅcountry．Oｒｔｈogonalfreqｕeｎｃｙdivisioｎmultiplexing（ＯFＤM)technologｙcaｎｅfｆeｃtivelｙａvoｉdｔheｉnｔersymｂoｌinteｒｆerｅｎcechａnnｅｌ,ｂｅcauｓeofitｓsimpｌeandｅfficienｔ,hasnoｗbecｏmetheinｄispenｓａbｌｅoneofthｅmainｔechnolｏgyｏfhiｇh-sｐｅedwｉrelesscomｍunicaｔionoveraｌl.Thisｐapｅratfｉrstｉntrｏducｅdtheｗｉrｅｌessｃomｍuniｃaｔｉoniｎｔhehｉsｔoryoｆdｅvelopmeｎt，aｓweｌlａstotheｐｒeseｎｔsyｓｔeｍfoｒmoｂilｅcoｍmunicatiｏｎsOＦＤMUSＥSｔｈemaｎｙkindsoｆneｗtｅchnolｏｇyｓowｉtｈhigheｒbaｎdwｉdthutilｉｚatioｎ,ａndoveｒcｏmｅthｅｉnterｓｙｍbolinteｒｆeｒｅnｃｅanｄbｕrsｔnoiｓestreｎgth,alsobｅcauseoｆitｓｃaｒrieｒｏrthｏgoｎaｌitybetｗeeneachother,ｅachotherｃａnｍａkeiｔsspecｔruｍsuｐｅrpositioｎ,comｐaｒeｄwithｔhegeｎｅralfrequeｎcydｉvｉsionmuｌtｉｐlexing,OＦDMｃaｎbeasmuchaspossibｌemanipuｌatiｏnofｔhespeｃtｒｕmresoｕｒcestｏexｐandtｈｅsｙsteｍcapacｉtｙ,tｈｅｍainｅsｔisitflexibleoｐenperfoｒｍanｃeｃｏnfｏrｍsｔothecharactｅristicsofmultiｍｅdｉaｃommunication,welｌwillｃｏnｔainｄａｔa,voiｃe，iｍageandsoonavａrｉｅtyofｍｕltｉｍeｄｉabuｓiｎesseffｅｃtiｖeandｐerfectｐaｓｓｏｕt.AndbriｅflyeｘｐｏunｄｓtｈeｓimuｌatiｏnmustbeｕsedintherｅliabｌenumeｒiｃalandｓyｍbolｉcoperatｉｏnfｕnｃtioｎofMＡＴＬAB,ａsiｍpｌesignlanguage，ｔhｅcharacteｒisticsofｔhｅvｉｓual．AｒticleｓｏntheＯFDＭｓyｓｔemｗeｒesumｍａｒized,andtｈemainreasonforgeneralｕｓeｉｎtoday'ssoｃｉetyisthatｉtcaｎbeabroａdbａndhastransfoｒmeｄintｏaｓｅrｉesoｆiｎtersｙmboliｎtｅｒfeｒencecｈanｎｅlｆaｄingcｈanｎeｌ,ｔhｉsalsoshoｗsthattｈebａndwidｔhutiliｚａt(yī)ｉonｒaｔｅisveryｈｉgh,ａndthedｉｓcreteＦourｉertransform(DFT）tｅchnoｌogytorｅaｌizethemodulationａndｄemodｕlatiｏn，anｄselectｓtｈejoinｔcｏdiｎgtechnolｏgy，enａblｅittohａveａｓtrongresisｔａｎceattenｕaｔiｏncｈaｒａcteriｓtiｃｓandcａnbｅuseｄwithｍultｉｐleａcceｓsｍｅtｈｏdsincoｍbｉｎatｉoｎwiththｅadvaｎtａgesａndｔhｅneｅdtoｃomｐleｍｅnt,ｓuｃｈaｓOＦＤＭiｓsensitｉveｔｏtimｉnganｄｆrequenｃyoffｓeｔandtheeｘｉstｉｎghighｐeａｋaverａgeｐowerraｔio，ａt(yī)thesaｍetimeｄuｅtotｈeiｎｓtａbilｉtyｏftheｗireｌesｓchaｎnel,ｔhｅｓendｅｒaｎdthecａrrｉeｒａndｔhｅloｃaloｓcillａｔorfreｑｕeｎcｙdｅｖiation,ｓothｅreisacｅrtａinｄevｉationｏffrequenｃyＯFDMthewhｏleprｏblem．Atｔhesametimｅ,itdiscusｓesthebaｓｉｃprinｃiplｅofOFDMsystem,ｉｎfact,ｉtiｓthｅｃａrriｅrchanneｌcutｉntocorrespondinｇpeｒsonwithＮｓｕb-ｃhannels,becaｕseｔhesesuｂchannelmｏdulａt(yī)ion,ｉｍｐlementmulｔiｐlefreqｕencydomainpａｒalleｌｄａｔatransmｉssioｎ,ｗhichｉsｓimilaｒｔoｔhｅｐrincipleofOFDＭ，ｔheonlydiｆferｅncｅisｔheOFDMteｃｈnolｏgyｇooｄcａｕｇｈtitscｏnｔrｏlcharacterｉstiｃ,makethewhｏｌeｓystemofoｒthogonalｔｏeachother,eachchａｎｎeliｎthｅｃarrierfｒequｅncyspｅctrｕmsuｐerpositｉoｎofeaｃhｏｔｈer,ｓoｔoiｍｐrｏｖeｓpectrumefficｉencｙaｎｄtoredｕcｅtｈeiｎfluｅｎcｅbｅｔweeneacｈchiｌdcarrier．Indifｆerentsub-channelsｏfOFDMiｎordｅrｔｏensureｔhebｅarinｇｄａt(yī)acaｎbesepａrａｔｅdattｈeｒeｃeｉvingenｄ,mｕstｅｎsurｅｔheorｔｈogonalitｙbeｔｗeｅnself-cｏnfidence,ｔhatistosay,ｐarａlｌeｌtransmissｉonisnoｔｉnfinitesub－cｈａnnelｓrandoｍlydivｉded.Thｅｏｒthogoｎalityoftheso-caｌledtｉｍedｏｍaiｎshｏuｌdｂeeｍbodiediｎ：Intheｆｒequｅncｙdｏmaiｎemboｄiediｎ：ＯＦDMｓignａldesｉgnfｏｒｍisadoｐtｅdｂythebeｓｔｓignalｔｈatcｏuldsatisｆyｔhｅｒeｑuirementoｆortｈogonａlitydeｓign,ｓaｔiｓfythefrｅqｕｅncyｄomａiｎNyquistｓamｐlinｇlａｗｉsthemostｄenｓesａmpｌiｎg,itsｏrtｈogonalitｙisaccordiｎgtoａllthesubcarｒieｒｉnacｅrtainiｎｔｅgraｌｔimeｉstｈewｈｏlecｙcleandｃycｌｅnuｍbｅrisdiffｅrentbetweｅndifferｅnｔcarｒiｅr.Sｏ,itiｓusingthｅorthｏgonalityofthｅｓubcarrieriｎtimｅdomaincanbecomｐｌｅtelyshieｌｄedothersub－carｒiｅrｉｎterfｅrenｃe，resｔoredtｈｅｂoｏkdaｔainfoｒmatiｏncarrier.ＣanｂeseenfromtheＯFDMsigｎalinthｅfrequencｙdomainimage,eａchsuｂcarrierfｒequenｃyｓpｅｃtruｍisaｃtuallythesａｍplｅfｕnctionｏffreqｕenｃydomain，inｔｈｅfrｅqｕeｎｃyｄomａｉnofthebestsａｍplingpoinｔsｗitｈｏutinｔerｆerenｃｅｂeｔweensｕbｃarrｉer.ＭoreontｈｅOFDMmoｄulationanｄdemodｕlationｉｓcarriｅdoutonthｅdigitａlbaｓｅbaｎdｄｉgitalsignalpｒocessinｇ,sot＝ａｓthestartｉngｔｉmｅｃanｂeconcludｅdｔhａt(yī)OFDMｓｙmbｏlｅｘpｒessiｏns：ＴheｎOＦＤMcompｌexeqｕiｖａlentbasebanｄsiｇnａｌｂyｉnｖeｒseFoｕriertraｎsｆoｒm（IDFＴ)deｆinitiｏn，tｏgｅtitsDFTtranｓfoｒｍatioｎ:ThuｓcanｄrawｂyDFTandIDＦTｒesｐeｃｔivelyinsｔeadofmodulationandｄemoｄulａｔｉonofOFDＭsｙｓtｅm.ＡmｏｎgｔｈemｔｈroughtｈetypeoｎOＦＤＭsymｂoltｏseｅitｓpoｗerspｅctrumout-ｏf-ｂaｎdattenuatioｎrateｉｓsｌoｗ,weｍiｇｈtaswelｌｔoeachadｄwｉndowmodｕlatiｏn，ｓyｍboloｆtheperiｏdｉcboundarｙaｍplｉtudedｅcrｅasestoｚｅro,ｔｈesignａlamｐliｔｕdeｄｅｃrｅaｓeｓ,ｅvenifｔhｅerrｏrrａｔｅoｆtｈeｓiｇｎalhastheｃertainｉnfluence．OFＤMsystemparameｔersthrouｇhｔｈｅａbovemａt(yī)heｍaticalformulaanｄthepriｎciplｅofwindowtｅｃhnologyａnｄusｉngIDFTbaｓedonIFFT/FＦTaｎdDFToｆtｈeＯFDMｓｙsｔemdesiｇｎ,nａｍelyｔｈeｔiｍe-domaｉnｓiｇnａlatthｅreceｉvｉｎgeｎdthroｕghthｅfastＦｏｕｒiertraｎsforｍ（FFT）isconｖertｅdintofrｅqueｎcydｏｍainｓignaｌ，tｈuswecｏnfiguremｏdemrelａt(yī)ｅdｐａｒametersｏnthepｒogｒamｃodｅａｎｄfraｍeｓtruｃturｅparameterscａnｂerelａt(yī)edtｏOＦＤMＢERperformanceundｅrAWGNchannelsimulatioｎcurｖeｇrａph,andaｒouｇhanaｌysｉsofｔheｒelatioｎshipbetwｅenｔhｅsystembiｔeｒｒorｒateandsignaltonｏiserａt(yī)iｏ，andｔhecoｄｅwiｌlnotbeiｎcｌｕdｅdinｃhanｎｅｌestimation,ｃｙｃｌicpreｆixaｎdoｔhｅrmｏdｕles.TheｎthｒougｈthepｒogｒaｍcｏdewrｉtteｎinAWGＮｃhanneｌonthebasisｏfaddingmｏdifｉeditemisemｐｈatｉcａllydiscuｓｓｅd,undｅrtｈecｏndiｔionofiｄｅalｓyｎｃhｒoniｚａt(yī)iｏnｐroteｃｔiｏntimeｓlot(CＰ),andavarieｔyofbefoｒeanｄaftｅrcyclicprefｉｘtojoinchannｅｌinterpoｌationmｅｔhodinmulｔｉpathRayleｉｇhfａdiｎgchaｎneｌinOFDMsysｔemｕnderｔheiｎflueｎceoｆtheｏｖerallｐerｆormanｃe.OneifthｅｓymboｌisequaｌtｏthelｅngｔhofthestrictTs，namelｙＮsamplingｐｏintｓ,theｎafｔerthｅintersyｍbｏｌinterfｅreｎceｃhaｎnelｂetwｅenｔｗocoｎsｅcｕtiｖesymｂolofsａmplｅmusｔｂeoverlap，aｎdtheinteｒferenｃeaｍongthｅｓｙmbolscanalｓｏaffｅcttheorthogonaｌｉtｙｂeｔweeneachchildcaｒrier,seriｏuscｏnsｅquences．Thereｆorｅ，syｓtemsoｆtｅｎnｅedtoａｄｄpｒotｅｃtiontimｅｓloｔbeｔwｅｅntwoOFＤMsｙmbol.Aｄirectappｒoａｃhｉsｃomｂinedｗiｔhａpｅｒiｏdoftimeｂｅtweeｎtwosｙmbｏlsof０，itelimｉnaｔesISI,buttｈismeｔｈoｄisacｔuallｙuｎａbletooｖｅrｃoｍesub-ｃarrierinterferencebroｕgｈｔbytｈｅｉｎtｅｒsymｂｏlinteｒｆｅrencｅ．IｎFＦTsuｂcarrｉerｄｅlａｙｐatｈｉnｔegralｔｉmｅiｓn'tthewhｏｌｅcyclｅ，thesubcａｒriｅrortｈogoｎaｌitｙbetｗeｅniｔｓseriousｄamａgｅ.Ｗehavetｏsolvethisproｂlｅm,iｎｔhecｕrrenｔpraｃｔicalＯＦDＭｓysｔemsareａdoptedtheappｒoacｈｏｆaｄdingcｙcｌｉcprefix(CP)．So-cａlledcyclicprefiｘｉsactuallyasymｂoｌbehinｄａnumｂerofsａmpｌeｐoinｔ(Ｎcp）mｏｖedｔothefrontｏfthesymbolaccordiｎｇtｏtｈｅorderinｓｔeadofproｔectiｏninterｖaｌ,aｎditｓroｌeｉｓintheFFTinteｇraltime,eacｈdelaydｉａmｅtｅronｅaｃhsuｂｃaｒrｉeriｓｓtｉｌlawｈolｅｃyclｅ，ensuretheｏrtｈogonaliｔybeｔweeｎｔhesｕbcarrier.Theiｎtｒoｄucｔｉｏnoftｈecyclｉcｐｒｅfixalthougｈagainsttheｉntersｙmboｌｉnterfｅreｎcｅ,butleａdｔoadropinefficiency,sｏwhenthelｅngｔhofthecyｃlicpｒｅfixｉｎＯFＤMsystemｄesｉgnnｅedtoseleｃｔａprｏｐerｐaraｍetｅr，whenmoｓtofitslengthｍustｂegreateｒthａnthediamｅｔeｒdeｌay,toｇuaranteethesubcａrriｅrｏrtｈｏgonaｌiｔybetｗeeｎ.Ａfteraｄdingcｙclicpｒefｉｘ，obviouｓlｙ,ｔhewholｅｓysｔemｗilｌproduｃelossoｆpowerandinfoｒmationrａt(yī)ebutiｔcanｏｖｅrｃometheinteｒsymbolinterfeｒｅnceandmｕltｉpatｈiｎteｒsymboliｎｔerｆerence，thispapｅｒｗillｔｈｒougｈthesiｍulatｉｏnoftheacｔuａlｒesuｌtsｂａsedｏｎtｈelenｇthofｔｈetwoｓｉdes．ＲesearｃhOFＤMsysｔｅmpeakpoweｒｉｓhigherｔhanatthesａｍｅｔｉｍe,istｈesｙmbｏｌiｓdomｉｎatｅdｂyasｉnglemｏdulａt(yī)edsuｂｃarrｉeｒsignal.Tｈerefore,itmayleadtoaveryhｉghsｉgnａlｐｅakpower,hasthｅｖeｒyhighpｅakpｏwerrａt(yī)io．Socoｍpａrｉngsｉngｌecarrierｓystem,OFDＭsystemtraｎｓmｉtｔerｓignalｉnstantaneousvaｌuｅexｔremelｙｕnｓtaｂｌe.Thiswｉllｉnｅvｉtablyrｅｑueｓｔｉnthesyｓｔeｍ,ｓuchasA/D,D/Aconverterandsomｅｏtherdevｉceｓwithveryｌargelｉneardｙnamicraｎge;Butalｓｏbecauseｏfｔｈesedeviｃｅswｉｔhwiｄerｒａngeoｆnonｌｉnｅaｒdyｎaｍicnoｎｌiｎeardisｔorｔioncausedbytｈesｉgnal,anｄthｅinｔｅrferencｅbｅtweeneachｃhaｎnelcａｕseｄbyharmonics,thusreduciｎgｔhewhｏlｅperformａnｃeoｆｔheOFＤMsysｔeｍ.Ontheｒeceiviｎgenｄatｔhesamｅtiｍｅ,bｅcａuｓeoftｈｅwｉrelｅssｃｈaｎnelflucｔuationrａｎgeisｖerｙwideandunpredictabiｌitｙ,anｄasthｅinstabiliｔyofavａｒｉetｙoｆreasoｎs，thｕsreceiveｄsｉgnａlampｌｉtudｅ,phaseandfrequｅncｙdistoｒｔion,wｈiｃhisｄifficultｔoparｓe.Thｅseprｏｂlemsｔoｔhedｅsiｇnofｒeceivercausｅdｇreatobstａcles,soinｔhereceiveｒ,chａｎｎeｌestｉｍatｉｏnｉsaｎｉndispeｎsａｂｌeｐart.TｈedesiｇｎoｆｔｈechａnｎeｌｅstｉmatoｒinＯＦDMsyｓｔemｓdireｃｔｌytofａｃetwodiffｉcultｉes:firstonｅｉstheｃhoiceofｐiｌotiｎforｍatｉon,２ｉtistohaｖealowｅｒｃomplｅxiｔy.Iｎｔheｎeｗlｙestａｂｌｉshedinｏrthogoｎalfrｅquencydiｖisｉoｎmultiplexiｎgwireｌｅsscommunicaｔｉonsyｓｔeｍ,becaｕｓeｏfitsｈightraｎsmiｓsionratｅ，itｍuｓtuｓeｃｏherｅｎtdetecｔｉontechｎolｏgｙtogetａｈigherpeｒｆormance,tｈｅreｆorｅｇｅneｒallyｃhoosｅtheblinｄestimationhaｒvestgｏoｄesｔimatioｎｒeｓultｓ,ｅnａｂleｉttoｖｅrygoodafteｒthｅｃhaｎgeｏｆtheｗｉｒelｅｓsｃhannel,improvethｅquａlityofｔhｅｒecｅivｅrsｉgnal.Tｈistopicresｅａrchofchａnnelesｔiｍatiｏnmethodbasedonｐｉｌoｔcｈanｎeｌeｓｔiｍatiｏnｉsoｎeofthevｅrｙｐractiｃａlｍeｔhoｄ.BｅcauseｉtscａnbeｄivｉｄediｎtoｃonstaｎtiｎｔｅｒpｏlatioｎandliｎearｉnterpolａｔｉonaｎdDＦTinteｒｐolation，theconｓtanｔｉnｔerpoｌaｔionisfaiｒｌｙeaｓyway，butｇｉvｅｎtｈeｄiｆfｉcuｌty,cｈannelｅｓtimationcriteｒｉaｔoseｌecｔtheLSestimaｔeｃritｅriｏｎ,unｄｅrtheｓｉｍpｌediｓcｕｓｓionoftheLSａlgoｒithmfoｒchanｎelesｔimationｕndｅｒdiffｅrentinteｒpolationmethodsｉntheｓｉmｕlatｉｏｎ．IｎtheOFDMsyｓtemｂasｅｄonＩFFT/FＦTsｙｓtｅminｃorpoｒatｉngprotectioｎintervａlbｅforeaｎdａfteｒｓｉmｕlationaｎｄｃycｌicprｅｆixmoduｌe，onthｅｂａsisofcｏmｐｌｅtelydiffｅrentｃhannelconｄiｔioｎs，ａndcomｐarethepｒoｔeｃtiontiｍeslｏt,cycliｃｐrefｉx，thｅLＳesｔiｍationmethoｄｓfｏrＯFDMsｙstember，gotmyselｆwａnｔtointhｅdeｓｉgnoｆthecｏnclｕｓiｏｎ．Fｉnａlｌy，ｔｈｅgradｕａt(yī)iｏｎdesiｇn，thecｏnｃlusionandpuｔforwardintｈiｓpapｅr,thedeｆiciｅnciesoｆplaceaｎdtheｒeｓearchofOＦDＭtechniｑｕeintｈefutuｒeｊobprospects．Keywｏｒds:Ｏrthogｏnａｌfｒeｑuencydiviｓioｎｍulｔｉpｌexing;Ｓyｓｔeｍsｉｍulation;Berｉnfluｅｎｃｅ 1緒論1.１課題背景縱觀移動通信的發(fā)展史,第一代模擬系統(tǒng)僅提供語音服務，不能傳輸數據。第二代數字移動通信系統(tǒng)的數據傳輸速率也只有9．6ｂｉｔ／s,最高可達32kbit/s；第三代移動通信系統(tǒng)數據傳輸速率可達到2Mbit/ｓ;而我們目前所致力研究的第四代移動通信系統(tǒng)可以達１0Mbiｔ/s至20Mbiｔ／s。雖然第三代移動通信可以比現有傳輸速率快上千倍，但是仍無法滿足未來多媒體通信的要求,第四代移動通信系統(tǒng)的提出便是希望能滿足提供更大的頻寬需求。第四代移動通信系統(tǒng)計劃以OFDM(正交頻分復用)為核心技術提供增值服務,它在寬帶領域的應用具有很大的潛力。較之第三代移動通信系統(tǒng),采用多種新技術的OFDM具有更高的頻譜利用率和良好的抗多徑干擾能力,它不僅僅可以增加系統(tǒng)容量，更重要的是它能更好地滿足多媒體通信要求，將包括語音、數據、影像等大量信息的多媒體業(yè)務通過寬頻信道高品質地傳送出去。OFDM（OrthｏgｏnalFrequencｙDiｖisｉonMultiｐlｅxing)是目前已知的頻譜利用率最高的一種通信系統(tǒng)，它將數字調制、數字信號處理、多載波傳輸等技術有機結合在一起,使得它在系統(tǒng)的頻譜利用率、功率利用率、系統(tǒng)復雜性方面綜合起來有很強的競爭力，是支持未來移動通信特別是移動多媒體通信的主要技術之一[1]。1.２無線通信１．2.1無線通信概述到目前為止,無線通信大約經歷了四個階段。（1)1Ｇ階段主要采用的是模擬技術和頻分多址（FDＭA)技術。由于受到傳輸帶寬的限制，不能進行移動通信的長途溫游，只能是一種區(qū)域性的移動通信系統(tǒng)［２]。第一代移動通信有很多不足之處，比如容量有限、制式太多、互不兼容、保密性差、通話質量不高、不能提供數據業(yè)務、不能提供自動漫游等。（２)2G階段主要采用的是數字的時分多址(ＴDMA）技術和碼分多址(CDMＡ)技術。全球主要有GSＭ和ＣDMA兩種體制。ＧＳM技術標準是歐洲提出的,目前全球絕大多數國家使用這一標準。我國移動通信也主要是ＧＳM體制。目前使用GSM的用戶占國內市場的97％。CDＭA是美國高通公司提出的標準。由于第二代采用不同的制式，移動通信標準不統(tǒng)一,用戶只能在同一制式覆蓋的范圍內進行漫游，因而無法進行全球漫游，由于第二代數字移動通信系統(tǒng)帶寬有限，限制了數據業(yè)務的應用，也無法實現高速率的業(yè)務如移動的多媒體業(yè)務[3]。(3)3Ｇ階段與從前以模擬技術為代表的第一代和目前正在使用的第二代移動通信技術相比，3G將有更寬的帶寬,其傳輸速度最低為384K,最高為2M,帶寬可達5ＭHz以上。目前全球有三大標準，分別是歐洲提出的ＷCDMA、美國提出的CDMA2000和我國提出的TD—SCDMA。第三代移動通信網絡能將高速移動接入和基于互聯(lián)網協(xié)議的服務結合起來，提高無線頻率利用效率［6］。提供包括衛(wèi)星在內的全球覆蓋并實現有線和無線以及不同無線網絡之間業(yè)務的無縫連接。(４)4G階段由于第三代移動通信系統(tǒng)仍是基于地面標準不一的區(qū)域性通信系統(tǒng)，盡管其傳輸速率可高達2Mｂ/s,但仍無法滿足多媒體通信的要求,因此,第四代移動通信系統(tǒng)(４G）的研究隨之應運而生。第四代移動通信技術的概念可稱為廣帶(Broadｂaｎd)接入和分布網絡，具有非對稱超過2Mｂ/s的數據傳輸能力,對全速移動用戶能提供1５０Mb/ｓ的高質量影像服務，將首次實現三維圖像的高質量傳輸。他包括廣帶無線固定接入、廣帶無線局域網、移動廣帶系統(tǒng)和互操作的廣播網絡(基于地面和衛(wèi)星系統(tǒng)）。其廣帶無線局域網(WLＡN)能與B-ISDＮ和AＴM兼容,實現廣帶多媒體通信，形成綜合廣帶通信網(ＩＢＣN)，他還能提供信息之外的定位定時、數據采集、遠程控制等綜合功能［7]。1.2．2無線信道特性無線信道包括了電波的多徑衰落,時延擴展,以及多普勒效應,在移動通信中，必須要充分考慮這些特性,并提出相關的解決方案。(１）時延擴展無線信道中電波的傳播不是單一路徑,而是許多路徑來的眾多反射波的合成。由于電波通過各個路徑的距離不同，因而各個路徑來的反射波到達時間不同，也就是各信號的時延不同。當發(fā)送端發(fā)送一個極窄的脈沖信號時，移動臺接收的信號由許多不同時延的脈沖組成，這被稱之為時延擴展。(2)多徑衰落由于各個路徑來的反射波到達時間不同，相位也就不同。不同相位的多個信號在接收端迭加,有時迭加而加強（方向相同）,有時迭加而減弱（方向相反)。這樣,接收信號的幅度將急劇變化，即產生了快衰落。此外,接收信號除瞬時值出現快衰落之外，場強中值（平均值)也會出現緩慢變化。主要是由地區(qū)位置的改變以及氣象條件變化造成的，以致電波的折射傳播隨時間變化而變化,多徑傳播到達固定接收點的信號的時延隨之變化。這種由陰影效應和氣象原因引起的信號變化，稱為慢衰落。這種衰落是由多種路徑引起的，所以稱為多徑衰落。(3)多普勒效應由于移動通信中移動臺的移動性,如前所述,無線信道中還會有多普勒效應。在移動通信中，當移動臺移向基站時,頻率變高,遠離基站時，頻率變低。這就是有多普勒效應效應引起的[１５]。１.3OFＤM系統(tǒng)介紹１．3．1OＦDＭ的概述現代移動通信發(fā)展至今,已經經歷了三代，而３G的后續(xù)技術也在加速研究中。目前,國際標準化組織正在推動無線傳輸技術從２Mb／ｓ傳輸速率向100Mｂ/s和１0０0Mb/s的目標發(fā)展,對4Ｇ的定義也已經逐漸清晰起來。基本上可以確定,ＯFDＭ/OFＤMA、MIMO和智能天線等技術將成為４Ｇ的主流技術[１8]。OＦDM相關的技術很多,實際應用中的OFDM復雜度很高。因此，建立適合自己研究方向的ＯFDM模型，無論是為了理解OＦDM技術的理論,還是對后續(xù)的OFDM與其他技術相結合的研究工作,都有著非常重要意義。OFＤＭ是一種特殊的多載波調制技術,它利用載波間的正交性進一步提高頻譜利用率,而且可以抗窄帶干擾和多徑衰落。多載波調制原理最早在20世紀60年代中期由Coｌlinｓkineplex提出。70年代,主要用于美國軍用無線高頻通信系統(tǒng);8０年代,OFDM的研究主要用在高速調制解調器、數字移動通信及高密度錄音帶中;90年代以后,OFＤM主要用在非對稱的數字用戶環(huán)路(ADSL)、ETSI標準的數字音廣播（DAB)、數字視頻廣播(DＶＢ)、高清晰度電視(HDTV）、無線局域網（WＬAN)等。OFDＭ與ＣDＭA技術結合主要有兩種形式,一種是多載波ＣDMA(MＣ-CDMA），一種是多載波直擴ＣDMA(ＭC－DS-CDＭA）。前者是頻域擴展和多載波調制技術相結合,后者是時域擴展和多載波調制技術相結合。ＯFDM通過多個正交的子載波將串行的數據并行傳輸,可以增大碼元的寬度,減少單個碼元占用的頻帶,抵抗多徑引起的頻率選擇性衰落;可以有效克服碼間串擾(ISI),降低系統(tǒng)對均衡技術的要求,適用于多徑環(huán)境和衰落信道中的高速數據傳輸；而且信道利用率很高,這一點在頻譜資源有限的無線環(huán)境中尤為重要。這些方案都是基于ＯFDＭ之上的,因此,研究OFDM系統(tǒng)的性能就顯得非常必要。1.3.2ＯＦＤM的應用采用OFＤＭ技術的一個主要障礙是現在存在許多不兼容版本且沒有統(tǒng)一標準。OFDM技術有以下幾種。(1)V-OＦＤM由寬帶產品供應商Iosｐan公司和Ｃisco系統(tǒng)公司開發(fā)V－ＯFDM（VecｔoｒOFDM)。該系統(tǒng)使用空間分集技術,利用多重信號發(fā)射以提高帶寬，通過使用特殊天線和信號處理來實現。天線接收信號再進行信號處理,使延遲信號合并變?yōu)楦叩臄祿?。V-OFDM大多用于固定無線城域網（MＡＮ）。(2)W-ＯFDM目前,W-OFＤM（ＷｉdebandOFDM)已經通過IEEＥ組織的認證,成為IEEＥ８02.１6a標準(無線城域網的國際通用標準)物理層調制技術。ＯFＤM論壇稱Wi-LAN公司的W-OFDM應該是標準版本。Ｗ－ＯFDM使用的不是緊壓縮正交載波,而是在正交信道之間引入額外頻率空間。通過在Ｗ-OＦDM數據的每一幀插入一些已知數據計算出傳輸信道的“估計”(這個“估計”就是理論中的“傳輸函數”),并利用這個“估計”來糾正選頻衰落的影響。這能更好地減少干擾，并且對OFDＭ傳輸中存在的一些問題如抖動有了更高的容忍度[8]。無線互聯(lián)網商務服務供應商在城域網中使用W-OFDＭ,因為城域網中的收發(fā)信機往往是在室外并需要更高的容錯能力。(3）F-OFＤMＦ-OＦＤM（FlａshOFDM)是19９8年由Bell實驗室發(fā)明，后來由朗訊科技下設的Flarion公司推出商用化產品。相對V-OFDＭ、W-ＯＦDM而言,它的特點是能在移動環(huán)境下工作,是一種移動寬帶接入Internet解決方案。F-ＯFDＭ在OFDM中引入快速跳頻擴頻技術,該技術在傳輸中不斷變換頻率,即在每個時隙中可以根據跳頻圖樣來選擇每個用戶所用的子載波頻率。這種系統(tǒng)在比ＯＦDM所需頻帶更寬的頻帶上傳輸信號,將信號能量擴展到更寬頻譜上，提高了信號的抗干擾能力。且由于高速切換子載波,因而相鄰節(jié)點可以使用相同頻率的子載波，可提高頻率利用效率。該技術與ＧSM后向兼容，可以為蜂窩電話用戶和其他移動用戶提供寬帶服務。Flaｒiｏn公司2004年３月１7日發(fā)布了針對筆記本電腦、臺式PC、PDA和手機的芯片組、參考設計包和兩款調制解調器，希望以此提高其F－OFDM技術的采用率。美國通信運營商ＮextelＣｏｍｍuｎicatiｏnｓ于200４年４月14日開始提供無線互聯(lián)網服務“ＮextｅlWiｒeｌeｓｓBrｏadband”,最大下行數據傳輸速度3Ｍｂｉt／s。用戶每月交納數十美元便可永久接入無線互聯(lián)網。該服務采用就是F-OFDＭ。利用F-OFDM的無線互聯(lián)網技術投入實際商用，此前尚無先例。(4)MIＭO-OFＤM多輸入多輸出(MIMＯ)ＯFDＭ由IospａnWｉｒｅless公司開發(fā)，是OFDM和MIＭO技術結合產生的一種新技術。ＭIMO是該項技術的核心,是在收發(fā)兩端使用多個天線,每個收發(fā)天線對之間形成一個MIMO子信道,若各發(fā)射接收天線間的通道響應獨立，則MＩMＯ系統(tǒng)可以創(chuàng)造多個并行空間信道。通過這些并行空間信道獨立地傳輸信息使得數據傳輸率得以提高。而ＯＦDM技術有極好的抗衰落特性,通過在OFＤＭ傳輸系統(tǒng)中采用陣列天線實現空間分集,可結合二者優(yōu)點，使無線系統(tǒng)對噪聲、干擾、多徑的容限大大增加，而且大大提高頻譜利用率和業(yè)務覆蓋范圍。由于MIMO和OFDＭ在提高無線鏈路的傳輸速率和可靠性的巨大潛力，使得這兩種技術特別是二者的結合有望成為過渡到４G的潛在技術。(５)MuｌｔｉbanｄOＦDMMultiｂandOFDM聯(lián)盟由50多個世界知名企業(yè)所組成，手機芯片制造商德州儀器（TI)是該聯(lián)盟的發(fā)起人之一。Ｓamｓunｇ、Paｎａsonic及Ｎokia都是該聯(lián)盟的成員。MulｔibanｄOFＤM聯(lián)盟稱，與W－OFDＭ相比，該技術產品的數據將更為強大，其中包括能輕松處理視頻流的能力。１999年12月,包括Eriｓsｏn、Ｎｏkiａ和Wi-LAN在內的7家公司發(fā)起國際ＯFＤＭ,致力于策劃一個基于OFDM技術的全球性單一標準。據分析，Wi-LＡN和Cisｃo很可能在OFDＭ的標準化方面相互爭霸。我國的信息產業(yè)部也參加了OFDＭ論壇,可見OFDM在無線通信的應用已經引起國內通信界的重視。只有盡快開發(fā)出我國自主知識產權的技術,我國才能成為未來標準的真正制定者之一。1.3．3OFＤM的關鍵技術與下一代移動通信系統(tǒng)有關的ＯFDＭ系統(tǒng)的關鍵技術有以下幾方面。（1）時域和頻域同步OFDＭ系統(tǒng)對定時和頻率偏移敏感，特別是實際應用中與FＤMA、TＤＭA和CDＭA等多址方式結合使用時,時域和頻率同步顯得尤為重要。與其他數字通信系統(tǒng)一樣,同步分為捕獲和跟蹤兩個階段。在下行鏈路中，基站向各個移動終端廣播發(fā)送同步信號，所以下行鏈路同步相對簡單,較易實現。在上行鏈路中,來自不同移動終端的信號必須同步到達基站才能保證子載波間的正交性?；靖鶕€移動終端發(fā)來的子載波所攜帶信息進行時域和頻域同步信息的提取，再由基站發(fā)回移動終端,以便讓移動終端進行同步。具體實現時，同步將分為時域同步和頻域同步,也可以時域和頻域同時進行同步［７]。（2)信道估計在OFDM系統(tǒng)中，信道估計器的設計主要有兩個問題：一是導頻信息的選擇，由于信道常常是衰落信道,需要不斷對信道進行跟蹤,因此導頻信息也必須不斷的發(fā)送；二是復雜度較低和導頻跟蹤能力良好的信道估計器的設計。在實際設計中，導頻信息的選擇和最佳估計器的設計通常又是互相關聯(lián)的,因為估計器的性能與導頻信息的傳輸方式有關。（3)信道編碼和交織.為了提高數字通信系統(tǒng)的性能，信道編碼和交織是普遍采用的方法。對于衰落信道衰落中的隨機錯誤，可以采用信道編碼；對于衰落信道中的突發(fā)錯誤,可以采用交織技術。實際應用中，通常同時采用信道編碼和交織,進一步改善整個系統(tǒng)的性能。在ＯFDＭ系統(tǒng)中，如果信道衰落不是太嚴重,均衡是無法再利用信道的分集特性來改善系統(tǒng)性能的,因為ＯFDM系統(tǒng)自身已經具有利用信道分集特性的能力。但是,OＦDM系統(tǒng)的結構卻為在子載波間進行編碼提供了機會，形成COＦＤM方式。編碼可以采用各種碼,例如分組碼、卷積碼等,其中卷積碼的效果要比分組碼好［12]。(4）降低峰值平均功率比由于ＯＦDM信號在時域上表現為N個正交子載波信號的疊加,當這N個信號恰好均以峰值相加時，ＯＦDＭ信號也將產生最大峰值，該峰值功率是平均功率的N倍。盡管峰值功率出現的概率較低，但為了不失真地傳輸這些高ＰＡPR的OFDＭ信號，發(fā)送端對高功率放大器(ＨPA)的線性度要求很高,從而導致發(fā)送效率極低，接收端對前端放大器以及A/D變換器的線性度要求也很高。因此，高ＰAPR使得OFDM系統(tǒng)的性能大大下降甚至直接影響實際應用。為了解決這一問題，人們提出了基于信號畸變技術、信號擾碼技術和基于信號空間擴展等降低ＯＦＤM系統(tǒng)PＡPR的方法[9］。（５）均衡在一般的衰落環(huán)境下，OFＤＭ系統(tǒng)中均衡不是有效改善系統(tǒng)性能的方法。因為均衡的實質是補償多徑信道引起的碼間干擾,而OFDM技術本身已經利用了多徑信道的分集特性，因此,在一般情況下，ＯFDＭ系統(tǒng)就不必再做均衡了。在高度散射的信道中,信道記憶長度很長,循環(huán)前綴的長度必須很長，才能夠使ISI盡量不出現。但是,CP長度過長必然導致能量大量損失，尤其對子載波個數不是很大的系統(tǒng)。這時，可以考慮加均衡器以使ＣP的長度適當減小，即通過增加系統(tǒng)的復雜性換取系統(tǒng)頻帶利用率的提高。（６)自適應技術采用OＦDＭ技術的好處是可以根據信道的頻率選擇性衰落情況動態(tài)地調整每個子載波上的信息比特率和發(fā)送功率，從而優(yōu)化系統(tǒng)性能,稱為自適應比特和功率分配，在許多文獻中也稱為自適應調制技術。在多用戶情況下,如何為每個用戶最優(yōu)的分配系統(tǒng)資源，從而使系統(tǒng)的發(fā)送功率最低或者是系統(tǒng)的傳輸速率最高，是一個非常復雜的問題。在ＯＦDM系統(tǒng)中使用自適應技術,還應考慮頻率分組、時間間隔、信道總延遲和信道估計誤差等因素,其中信道估計誤差對性能的影響較大[1２］。1.3．4OFDM系統(tǒng)的優(yōu)點及缺點（1)主要優(yōu)點a.帶寬利用率很高在傳統(tǒng)的并行傳輸系統(tǒng)中,整個帶寬經分割后被送到子信道中，各子信道頻帶之間嚴格分離,接收端通過帶通濾波器濾除帶外的信號來接收每個子信道上的數據，這種方法最大的缺點是頻譜利用率很低，造成頻譜浪費。所以,人們提出了頻譜可以重疊的多載波系統(tǒng)。在OFＤＭ系統(tǒng)中各個子信道的載波相互正交，它們的頻譜相互重疊，這樣不但減小了子載波間的相互干擾,同時又提高了頻譜利用率。可以證明,當子載波個數足夠大時,系統(tǒng)的頻帶利用率可達2Baud／Ｈｚ。b.可以采用快速離散傅里葉變換技術(ＤFT)實現調制和解調在發(fā)送端采用了快速傅里葉反變換（IFＦT),把頻域的調制數據轉化為時域的信號發(fā)送出去。在接收端，通過快速傅里葉變換(FFT)把接收到的時域信號轉化為頻域信號,然后進行判決解調，恢復頻域的調制信息。采用DFT技術大大降低了OFDM的實現復雜性，原先ＯＦDM的實現需要多個調制解調器，電路十分復雜,采用ＤＦＴ技術，可以快速的實現調制與解調,而且電路也變得十分簡單。近年來，隨著數字信號技術的迅速發(fā)展,許多ＤSＰ芯片的運算能力越來越快,更進一步推動了ＯFDM技術的發(fā)展。c.可以有效的對抗符號間干擾和突發(fā)噪聲OＦDＭ系統(tǒng)采用多個正交的子載波并行傳輸數據，原先速率很高的數據流經過串并變換后，調制到各個子載波上進行并發(fā)傳輸，這樣在每一路上的數據速率大大降低了,那么在衰落信道中所受到的IＳＩ干擾就相對小多了。此外,OFＤM采用了添加保護間隔的方法,即復制ＯFDM符號中最后面的樣點到最前面，這樣可以有效的抵抗多徑衰落的影響,適用于多徑環(huán)境和衰落信道中的高速數據傳輸。當信道中因為多徑傳輸而出現頻率選擇性衰落時,只有落在頻帶凹陷處的子載波以及其攜帶的信息受影響，其他的子載波未受損害,因此系統(tǒng)總的誤碼率性能要好得多。OＦＤM技術抗窄帶干擾性很強，因為這些干擾僅僅影響到很小一部分的子信道。d.可采用聯(lián)合編碼技術,使系統(tǒng)具有很強的抗衰落能力通過對各個子載波的聯(lián)合編碼,具有很強的抗衰落能力。OFDM技術本身已經利用了信道的頻率分集，如果衰落不是特別嚴重，就沒有必要再加時域均衡器。通過將各個信道聯(lián)合編碼，則可以使系統(tǒng)性能得到提高[１0］。e.支持動態(tài)比特分配方法由于無線信道存在頻率選擇性,不可能所有的子載波都同時處于比較深的衰落情況中,因此可以通過動態(tài)比特分配以及動態(tài)子信道分配的方法，充分利用信噪比比較高的子信道,從而提高系統(tǒng)的性能。ｆ.可與多種接入方式結合使用OFDM系統(tǒng)可以容易與其他多種接入方法結合使用，構成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,使得多個用戶可以同時利用ＯFDM技術進行信息的傳遞。（2）缺點ａ.OＦDM對系統(tǒng)定時和頻率偏移敏感定時偏差會引起子載波HYPＥRLINＫ""相位的旋轉,如圖所示,而且相位旋轉角度與子載波的頻率有關，頻率越高，旋轉角度越大，如果定時的偏移量與最大時延擴展的長度之和仍小于循環(huán)前綴的長度,此時子載波之間的正交性仍然成立,沒有ＩSＩ和IＣI(信道間干擾）,對解調出來的數據信息符號的影響只是一個相位的旋轉。如果定時的偏移量與最大時延擴展的長度之和大于循環(huán)前綴的長度，這時一部分數據信息丟失了，而且最為嚴重的是子載波之間的正交性破壞了,由此帶來了ISI和IＣI，這是影響系統(tǒng)性能的關鍵問題之一。頻率偏差是由收發(fā)設備的本地載頻之間的偏差、信道的多普勒頻移等引起的,由子載波間隔的整數倍和子載波間隔的小數倍偏移構成。子載波間隔整數倍不會引起ＩCI，但是解調出來的信息符號的錯誤率為5０%，子載波間隔的小數倍的偏移由于抽樣點不在頂點,如圖9所示,破壞了子載波之間的正交性由此引起了ICI。ｂ.存在較高的峰值平均功率比OFDM多載波系統(tǒng)的輸出是多個子信道信號的疊加,因此如果多個信號相位一致時，所得的疊加信號的瞬時功率會遠遠高于信號的平均功率。因此可能帶來信號畸變,使信號的頻譜發(fā)生變化，子信道間正交性遭到破壞，產生干擾。1.4MAＴＬAＢ特點與功能ＭATLAB自1984年由MATHWORＫＳ公司推出,歷經十幾年的發(fā)展和競爭，現已逐步風靡世界?？煽康臄抵岛头栠\算能力，簡單易學的符號語言，強大的圖形和可視化的功能以及為數眾多的應用工具包是ＭATＬAB區(qū)別于其他科技應用軟件的顯著特點。下面分別予以簡單的說明。（1）數值和符號的計算功能MＡTＬAB的數值計算功能包括：矩陣的創(chuàng)建和保存；數值矩陣代數,乘方運算和分解;數組運算;矩陣操作；多項式和有理分式的運算；數據統(tǒng)計分析，差分和數值倒數;用于求積分,優(yōu)化和微分方程數值解的功能函數等。在實際研究中，除了數值計算以外，往往要得到問題的解析解,這是符號計算的領域。符號計算有兩個特點:符號解和任意精度的數值解。MAＴLＡＢ的符號計算功能借助于符號工具包來實現，包括各種運算的功能。(2)ＭAＴＬAB語言除了指令行操作的直接交互方式外，ＭATＬAB作為高級應用軟件有它自己的編程語言。MATＬＡＢ的基本數據單位是矩陣，它的指令表達式與數學，工程中常用的習慣形式十分相似,簡單易學。用ＭATＬＡB求解問題要比用C,FORTＲAN等計算機高級語言簡潔的多。ＭAＴＬAB與其它高級語言的關系仿佛高級語言與匯編語言的關系一樣,盡管它的執(zhí)行效率比其它的高級語言低,但是其編程效率，程序的可讀性,可移植性要遠高于它們。使用MＡＴLAB可以很容易的實現FＯRTＲAN語言的幾乎全部功能。包括MS-WINDOWＳ圖形界面的設計功能,MAＴＬAＢ簡單易用的特點還表現在它是一種解釋性的語言，由于免去了編譯過程,程序的編制,修改，運行和調試都是極為方便的。當前,MATＬAＢ已不僅僅是一個矩陣實驗室了,而已經成為一種具有廣泛應用前景的全新的計算機高級編程語言。MAＴHWＯRＫＳ公司也提供了將MATLAB源程序編譯為獨立于MＡTＬＡＢ集成環(huán)境去運行的ＥXE文件，以及轉化為C語言源程序的編譯器。(3)圖形的可視化功能圖形和可視化功能是現代應用軟件發(fā)展的主要方向,利用MATLAB可以輕而易舉地繪制二維,三維曲線，三維曲面，并可以進行圖形和坐標的標志,坐標控制,圖形的疊繪，視角和光照設計,色彩精細繪制等等。另外還可以非常方便地完成動畫的繪制工作。除此以外,MＡTLAＢ還提供了對圖形對象和圖形句柄進行操作的底層指令，使用戶可以隨心所欲地進行各種操作，為用戶在圖形表現和可視化方面開拓了一個廣闊的，沒有絲毫束縛的空間［14]。

2ＯFDM系統(tǒng)的基本原理2.1OFDＭ技術原理正交頻分復用（OFDＭ）技術與已經普遍應用的頻分復用(FDM，ＦreｑuｅnｃyDｉvisionMｕltiｐlexing)技術十分相似。與FDM基本原理相同,OFＤM把高速的數據流通過串/并變換，分配到速率相對較低的若干個頻率子信道中進行傳輸，不同的是，OＦＤＭ技術更好地利用了控制方法,使頻譜利用率有所提高。圖2．1.１常規(guī)頻分復用與ＯFＤM在信道上的分配OＦDM是一種特殊的多載波傳輸方案,它可以被看作是一種調制技術，也可以被當作是一種復用技術。多載波傳輸吧數據流分解成若干子比特流，這樣每個子數據流將具有低得多的比特速率,用這樣的低比特率形成低速率多狀態(tài)符號再去調制相應的子載波，就構成多個低速率符號并行發(fā)送的傳輸系統(tǒng)。正交頻分復用是對多載波調制(ＭＣM）的一種改進。其特點為各子載波相互正交，擴頻調制后的頻譜相互重疊，不但減小了子載波間的相互干擾，還大大提高了頻譜利用率。選擇OＦDＭ的一個主要原因在于該系統(tǒng)能很好的對抗頻率選擇性衰落和窄帶干擾。OFＤM技術的主要思想是將指配的信道分成許多正交子信道,在每個子信道上進行窄帶調制和傳輸,信號帶寬小于信道的相關帶寬。OＦDＭ單個用戶的信息流被串／并變換為多個低速率碼流（10０Hz-50kHz）,每個碼流用一條載波發(fā)送。OFＤM采用跳頻方式選用即便頻譜混疊也能保持正交的波形，所以ＯFＤM既有調制技術,也有復用技術。ＯFＤM增強了抗頻率選擇性衰落和抗窄