最新OFDM系统仿真与关键技术研究.doc

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1、Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-dateOFDM系统仿真与关键技术研究OFDM系统仿真与关键技术研究摘要 你、我、他，几乎每天都在进行着通信，通信在我们生活中扮演着极其重要的角色。移动通信已经成为当今通信发展的主流，而无线通信与个人通信在短短的几十年间经历了从模拟通信到数字通信、从OFDM到CDMA的巨大发展，目前又有新的技术的出现，比以CDMA为核心的第三代移动通信技术更加完善，我们称之为“第四代移动通信

2、技术”。第四代移动通信系统计划以OFDM（正交频分复用）为核心技术提供增值服务，它在宽带领域的应用具有很大的潜力。较之第三代移动通信系统，采用多种新技术的OFDM具有更高的频谱利用率和良好的抗多径干扰能力，它不仅可以增加系统容量，更重要的是它能更好地满足多媒体通信要求，将包括语音、数据、影像等大量信息的多媒体业务通过宽频信道高品质地传送出去。纵观通信的发展史，第一代模拟系统仅提供语音服务，不能传输数据；第二代数字移动通信系统的数据传输速率也只有9.6bit/s,最高可达32kbit/s；第三代移动通信系统数据传输速率可达到2Mbit/s；而我们目前所致力研究的第四代移动通信系统的数据传输速率可

3、达到1020Mbit/s。虽然第三代移动通信可以比现有传输速率快上上千倍，但是仍无法满足未来多媒体通信的要求，第四代移动通信系统的提出便是希望能满足提供更大的频宽要求。关键词： 模拟通信 数字通信 正交频分复用 多径干扰AbstractYou、me、him、almost every day during the communication, communication in our lives plays a very important role. Mobile communication has become the mainstream of development communicat

4、ions, and wireless communications and personal communications in just a few years gone from analog communication to digital communication, OFDM to CDMA from the tremendous development, the emergence of new technologies have more than to the core of the third generation CDMA mobile communication tech

5、nology is more perfect, we call the fourth generation mobile communication technology.The fourth generation mobile communication system plans to OFDM (orthogonal frequency division multiplexing) as the core technology to provide value-added services, broadband applications it has great potential. Ji

6、aozhi third generation mobile communication system, using a variety of new technologies, OFDM has a higher spectrum efficiency and good anti-multipath interference, which not only can increase the system capacity, more importantly, is that it can better meet the needs of multimedia communications re

7、quirements, will include voice, data, video and other multimedia services through large amounts of information of high quality broadband channel to send out. Throughout the history of communication, the first generation analog systems to provide voice services only and can not transmit data; second-

8、generation digital mobile communication system data transfer rate is only 9.6bit / s, up to 32kbit / s; the third generation mobile communication system Data transfer rate up to 2Mbit / s; and we are currently actively involved in research of the fourth generation mobile communication system data ra

9、te can reach 10 20Mbit / s. Although the third generation mobile communication can be faster than the current transmission rate of a thousand times, but still can not meet the requirements of future multimedia communications, the fourth generation mobile communication system is proposed to provide g

10、reater hope to meet the bandwidth requirements. Keywords：Analog communication Digital communications Orthogonal frequency division multiplexing Multipath interference 第一章 绪论1.1通信发展史人类进行通信的历史已很悠久。早在远古时期，人们就通过简单的语言、壁画等方式交换信息。千百年来，人们一直在用语言、图符、钟鼓、烟火、竹简、纸书等传递信息，古代人的烽火狼烟、飞鸽传信、驿马邮递就是这方面的例子。现在还有一些国家的个别原始部落，

11、仍然保留着诸如击鼓鸣号这样古老的通信方式。在现代社会中，交通警的指挥手语、航海中的旗语等不过是古老通信方式进一步发展的结果。这些信息传递的基本方都是依靠人的视觉与听觉。 19世纪中叶以后，随着电报、电话的发有，电磁波的发现，人类通信领域产生了根本性的巨大变革，实现了利用金属导线来传递信息，甚至通过电磁波来进行无线通信，使神话中的“顺风耳”、“千里眼”变成了现实。从此，人类的信息传递可以脱离常规的视听觉方式，用电信号作为新的载体，同此带来了一系列铁技术革新，开始了人类通信的新时代。 1837年，美国人塞缪乐.莫乐斯（Samuel Morse）成功地研制出世界上第一台电磁式电报机。他利用自己设计的

12、电码，可将信息转换成一串或长或短的电脉冲传向目的地，再转换为原来的信息。1844年5月24日，莫乐斯在国会大厦联邦最高法院会议厅进行了“用莫尔斯电码”发出了人类历史上的第一份电报，从而实现了长途电报通信。 1864年，英国物理学家麦克斯韦（J.c.Maxwel）建立了一套电磁理论，预言了电磁波的存在，说明了电磁波与光具有相同的性质，两者都是以光速传播的。 1875年，苏格兰青年亚历山大.贝尔（A.G.Bell）发明了世界上第一台电话机。并于1876年申请了发明专利。1878年在相距300公里的波士顿和纽约之间进行了首次长途电话实验，并获得了成功，后来就成立了著名的贝尔电话公司。1888年，德国

13、青年物理学家海因里斯.赫兹（H.R.Hertz）用电波环进行了一系列实验，发现了电磁波的存在，他用实验证明了麦克斯韦的电磁理论。这个实验轰动了整个科学界，成为近代科学技术史上的一个重要里程碑，导致了无线电的诞生和电子技术的发展。 电磁波的发现产生了巨大影响。不到6年的时间，俄国的波波夫、意大利的马可尼分别发明了无线电报，实现了信息的无线电传播，其他的无线电技术也如雨后春笋般涌现出来。1904年英国电气工程师弗莱明发明了二极管。1906年美国物理学家费森登成功地研究出无线电广播。1907年美国物理学家德福莱斯特发明了真空三极管，美国电气工程师阿姆斯特朗应用电子器件发明了超外差式接收装置。1920

14、年美国无线电专家康拉德在匹兹堡建立了世界上第一家商业无线电广播电台，从此广播事业在世界各地蓬勃发展，收音机成为人们了解时事新闻的方便途径。1924年第一条短波通信线路在瑙恩和布宜诺斯艾利斯之间建立，1933年法国人克拉维尔建立了英法之间和第一第商用微波无线电线路，推动了无线电技术的进一步发展。电磁波的发现也促使图像传播技术迅速发展起来。1922年16岁的美国中学生菲罗.法恩斯沃斯设计出第一幅电视传真原理图，1929年申请了发明专利，被裁定为发明电视机的第一人。1928年美国西屋电器公司的兹沃尔金发明了光电显像管，并同工程师范瓦斯合作，实现了电子扫描方式的电视发送和传输。1935年美国纽约帝国大

15、厦设立了一座电视台，次年就成功地把电视节目发送到70公里以外的地方。1938年兹沃尔金又制造出第一台符合实用要求的电视摄像机。经过人们的不断探索和改进，1945年在三基色工作原理的基础上美国无线电公司制成了世界上第一台全电子管彩色电视机。直到1946年，美国人罗斯.威玛发明了高灵敏度摄像管，同年日本人八本教授解决了家用电视机接收天线问题，从此一些国家相继建立了超短波转播站，电视迅速普及开来。 图像传真也是一项重要的通信。自从1925年美国无线电公司研制出第一部实用的传真机以后，传真技术不断革新。1972年以前，该技术主要用于新闻、出版、气象和广播行业；1972年至1980年间，传真技术已完成从

16、模拟向数字、从机械扫描向电子扫描、从低速向高速的转变，除代替电报和用于传送气象图、新闻稿、照片、卫星云图外，还在医疗、图书馆管理、情报咨询、金融数据、电子邮政等方面得到应用；1980年后，传真技术向综合处理终端设备过渡，除承担通信任务外，它还具备图像处理和数据处理的能力，成为综合性处理终端。静电复印机、磁性录音机、雷达、激光器等等都是信息技术史上的重要发明。此外，作为信息超远控制的遥控、遥测和遥感技术也是非常重要的技术。遥控是利用通信线路对远处被控对象进行控制的一种技术，用于电气事业、输油管道、化学工业、军事和航天事业；遥测是将远处需要测量的物理量如电压、电流、气压、温度、流量等变换成电量，利

17、用通信线路传送到观察点的一种测量技术，用于气象、军事和航空航天业；遥感是一门综合性的测量技术，在高空或远处利用传感器接收物体辐射的电磁波信息，经过加工处理或能够识别的图像或电子计算机用的记录磁带，提示被测物体一性质、形状和变化动态，主要用于气象、军事和航空航天事业。随着电子技术的高速发展，军事、科研迫切需要解决的计算工具也大大改进。1946年美国宾夕法尼亚大学的埃克特和莫希里研制出世界上第一台电子计算机。电子元器件材料的革新进一步促使电子计算机朝小型化、高精度、高可靠性方向发展。20世纪40年代，科学家们发现了半导体材料，用它制成晶体管，替代了电子管。1948年美国贝尔实验室的肖克莱、巴丁和布

18、拉坦发明了晶体三极管，于是晶体管收音机、晶体管电视、晶体管计算机很快代替了各式各样的真空电子管产品。1959年美国的基尔比和诺伊斯发明了集成电路，从此微电子技术诞生了。1967年大规模集成电路诞生了，一块米粒般大小的硅晶片上可以集成1千多个晶体管的线路。1977年美国、日本科学家制成超大规模集成电路，30平方毫米的硅晶片上集成了13万个晶体管。微电子技术极大地推动了电子计算机的更新换代，使电子计算机显示了前所未有的信息处理功能，成为现代高新科技的重要标志。为了解决资源共享问题，单一计算机很快发展成计算机联网，实现了计算机之间的数据通信、数据共享。通信介质从普通导线、同轴电缆发展到双绞线、光纤导

19、线、光缆；电子计算机的输入输出设备也飞速发展起来，扫描仪、绘图仪、音频视频设备等，使计算机如虎添翼，可以处理更多的复杂问题。20世纪80年代末多媒体技术的兴起，使计算机具备了综合处理文字、声音、图像、影视等各种形式信息的能力，日益成为信息处理最重要和必不可少的工具。 至此，我们可以初步认为：信息技术（Information Technology，简称IT）是以微电子和光电技术为基础，以计算机和通信技术为支撑，以信息处理技术为主题的技术系统的总称，是一门综合性的技术。电子计算机和通信技术的紧密结合，标志着数字化信息时代的到来1.2对我国电信市场现状的简述中国电信业伴随着改革开放的步伐，不断引入新

20、技术，创新新业务,赶超世界电信发展的潮流，经过二十几年的持续快速发展，取得了历史性跨越，已发展成为举世瞩目的电信大国。 整个电信业已由制约国民经济发展的“瓶颈”成长为带动国民经济增长的支柱产业之一，充分发挥了先导性和基础性的作用 改革开放初期，电信业发展严重滞后于国民经济发展需要,成为制约国民经济发展的瓶颈。经过大规模投资建设,网络容量和规模急剧增加,我国电信业实现了超常规跨越式发展。在经济全球化、全面建设小康社会的今天，电信业作为构建信息化社会的生力军要继续担负起我国信息化建设的历史使命。同时，作为国民经济中的基础产业，其发展也要符合经济规律，在适应我国国民经济发展的同时，保持适度超前。据有

21、关资料表明：我国的电话普及率名列前茅；同时，电话普及率与我国相当的国家中，我国的GDP水平又处于较低的行列中。而与国外发达国家相比，我国电话普及率又有较大差距。这一方面说明我国电信业发展具有很大的发展空间，同时其发展又取决于社会经济的发展水平，电信业的健康发展必须与国民经济总体发展水平相适应。我国电话普及率的进一步提高需要在我国国民经济增长的同时来实现。因此，如何摆正电信业在国民经济发展中的位置，使其既能促进国民经济发展，又不盲目超前，是我们必须研究的课题。 1.2.1电信市场中的供求关系发生了重大变化总体上已由卖方市场转变为买方市场，由短缺引发的高速发展转向稳定发展阶段。截至2004年，我国

22、局用交换机和移动通信交换机容量已分别突破4亿门，长途光缆长度达到59.4万公里，移动和固定电话用户分别达到3.4和3.1亿户，分别是十年前的10.8倍和214倍。固定电话普及率达到24.9部/百人，移动电话普及率达到25.9部/百人。整体通信能力已满足目前用户对通信服务的需求。因此，如何协调好网络建设的规模和有效用户的增长是摆在我们面前的现实问题。 1.2.2用户消费结构发生明显变化用户对通信的需求呈现多元化，但以话音和短信为主的基本通信需求没有发生根本变化过程 随着人民生活水平的提高，部分消费者对通信服务内容和质量的需求日益提高，单纯的语音通信已不能满足其需求。从固定通信领域延伸至移动通信，

23、从基础语音服务发展到增值服务，从单一、被动的服务提升到个性化、差异化的主动服务，虽然通信需求发生了很大的变化，但最主要的收入仍来自语音和短信等基本业务。因此，对宽带和3G新业务的发展还需一个市场培育的。 1.2.3竞争格局初步形成但恶性竞争并未得到根本抑制，公平公正、有效有序的竞争环境有待实现 随着电信体制改革的深化，我国已初步形成了多领域、多运营商的初步竞争格局，促进了电信业的发展。但公平有效的市场竞争格局仍未形成，电信企业间的竞争实力有较大差距，新兴企业发展仍需政策支持。法律环境、监管体系仍需进一步完善。竞争主体需要进一步严格自律，依法经营，防止恶性竞争。 1.2.4电信业量收背离、收效不

24、匹配的现象更加突出 我国电信业经过高速发展，已进入成熟期。随着电信普及率的不断提升，用户数量和业务消费量日益增加，但新增用户消费能力的低端化趋势明显。同时，随着竞争的加剧以及电信资费的不断下降，电信业务总量和业务收入增长不匹配的问题更加突出。如何实现量收匹配，既是企业再发展的需要，也是企业进一步提高服务水平、保持行业健康发展的需要。 综上所述，在市场环境发生一系列变化的情况下，再简单依靠投资、成本拉动和降低资费拓展市场份额已难以为继。客观上要求我们从投资驱动型和资费拉动型向创新和服务驱动型转变，从粗放式发展向集约式经营模式转变。 1.3关于中国电信发展模式转型的战略思考 在新的发展时期，在市场

25、环境发生变化的今天，中国电信面临着新的机遇和挑战。为此，提出发展思路是：按照科学发展观的要求，坚持理性、务实、积极的发展策略，坚持市场导向，加快有效发展；控制投资规模，提高投资效益；加强基础管理，提高执行能力。实现由数量规模型向规模效益型发展模式的转变，迅速增强核心竞争力，推动公司持续、快速、健康发展。 1、以市场为导向，效益为中心，追求有效发展 在投资战略上采取更加理性和务实的策略，正确处理投入与产出的关系，坚持数量与质量、规模与效益相结合。本着效益优先，充分挖潜的原则，优先安排投资效益好、回报率高的建设项目，进一步调整投资结构，优化投资方向，着力提高投资效率。在用户发展方面，遵循以效益为中

26、心，成本与效益相匹配的原则，发展有效的用户，增加有效的收入，防止片面追求用户数量和用资源拼市场份额的做法。今年在严格控制资本性投资的同时，我们从市场需求出发，以提高对现有资源利用效率为目标，在CDMA和GSM的市场定位上，根据用户需求实现两网在高、中、低端全面发展。为解决CDMA手机价格偏高，供应量不足的问题，采取定制方式，降低手机终端价格，给用户更多的品种选择。在G、C两网运营过程中，坚持统一决策，协调发展的方针，继续保持了两网的有效发展。2005年以来，GSM业务保持稳定增长的态势，CDMA业务仍较快发展。实践证明，通过努力我们可以达到GSM业务稳中有增，CDMA业务快速发展的目标。从全球

27、范围来看，进入3G的原2G运营商最终都会面临运营两网的问题，我国电信现有的G、C两网在技术上的不同具有互补优势，特别是向3G过渡的过程中，优势将更为明显。 2、坚持业务和服务创新，提升公司品牌 业务创新不仅投入的成本低，而且是运营商稳定ARPU 、提高收入的重要手段，也是稳定用户，降低离网率的有效途径。中国联通依托CDMA 1X和数据固定UNINET综合业务平台的技术优势，努力将其转化为业务优势和市场优势。比如，在移动业务方面不断开发1x增值业务，根据用户消费习惯，加强业务平台整合，推出了彩e、互动视界、神奇宝典、掌中宽带、视讯新干线等业务。在固定数据通信领域，积极发展“宝视通”和基于宽带的通

28、信类增值业务，发挥综合业务优势，推动各项业务的稳定发展。服务是企业的立足之本，不断改进服务内容、全面提升服务质量，是公司可持续发展的必然要求。面对市场的环境变化，需要我们从服务理念、服务内容、服务流程、服务手段上全面创新，把为客户提供优质服务置于企业各项工作的中心环节，建立和完善以方便客户为主要内容的企业管理流程。高度重视客户的多样化和个性化需要，不断推出适合市场需求的新业务。同时需要更加重视客户的意见和要求。3、加强基础管理建设，提升经营管理水平 苦练内功、向管理要效益，是推动公司发展模式转型的重要举措。结合公司实际，围绕提升管理水平，降低经营风险，优化管理流程，加强了内控制度建设。建立了以

29、现金流管理为主线，以全面预算管理为基础，以有效的内控制度为保证，以信息化管理为手段的财务管理体制。推行省对地市分公司财务部门负责人的派驻制，完善审计派出制，保证公司财务管理和内控制度的高效统一。加快企业信息化建设步伐，固化流程，优化结构，实现对信息资源的实时采集。及时了解市场变化，增强应变能力，为生产经营提供现代化的管理支撑保障。 4、加强竞合，有序竞争，共同繁荣电信市场 我们提倡各兄弟企业，在坚持“不损害用户利益，不影响有效竞争，不泄露企业核心机密”的前提下，积极探索合作领域、合作方式，形成市场风险分担机制，共同降低经营风险。我们倡导各运营企业，以市场原则共享网络资源，降低企业运行成本，提高

30、网络资源利用率，促进多赢局面的形成。我们建议各兄弟单位，借鉴有关行业和国际同行的成功经验，加强交流，互通信息，有效抑制恶意欠费行为。我们希望各运营企业，共同维护正常的价格体系，避免恶性价格战，营造良好市场环境，实现资产的保值增值。我们愿意与合作伙伴，加强在新技术、新标准等方面的合作力度，共同推进技术进步。特别是在参与新技术标准和规则制定等方面，加强合作，进一步提高我国电信业的国际竞争力。 5、充分发挥核心纽带作用，加强产业链建设，实现共同发展 现代企业间的竞争，已经由单个企业的竞争，逐步演变为产业链各环节共同体整体实力的竞争。企业的竞争优势，不仅仅表现其自身的优势，而且要求与之相关的产业链上的

31、各个企业也同样建立竞争优势。电信运营商是产业链的纽带，一方面需要引导产业链的发展方向，同时，也需要产业链各环节的大力支持和配合，共同分享市场繁荣所带来的成果。在与设备制造商的合作中，转变单纯的买方和卖方的关系，从用户需求出发，共同研究和开发市场需求，强化战略合作伙伴关系。为加强与各终端制造商的合作，今年，我们成立了终端管理中心，积极介入CDMA终端开发，加大集中统一管理力度，充分发挥运营商在产业链中的纽带作用。 在新的发展时期，中国电信将按照科学发展观的要求，在信息产业部等有关部门的指导下，与兄弟企业及产业联盟共同营造和谐多赢的电信市场环境，提升国际竞争力，为我国电信业持续健康发展作出新的贡献

32、。 1.4 OFDM技术在未来通信中的作用有人说，我们现在已经进入到一个移动通信的时代，人们完全可以用无线的通信手段代替传统的有线电话。虽然这样的说法有些不切实际，但是毕竟近几年来无线通信的迅猛发展确实大有让人们产生上述观点之势。一些新兴的无线传输、无线接入技术正在不断兴起，吸引了世界上众多的参与者，热点频现，如OFDM技术、MIMO技术、UWB技术以及ZigBee技术等等，它们的涌现给无线通信技术的发展注入了新的活力。在众多的无线技术当中，OFDM以其独特的魅力成为最大的一个亮点。从WLAN到WiMAX、Flash-OFDM，从LTE到B3G，再到超宽带无线通信技术UWB，OFDM几乎成了新

33、一代无线通信技术的标志。OFDM，即正交频分复用技术，以其新型信号调制复用方法在宽带无线接入领域的应用正在逐渐成为一个发展趋势。由于OFDM在技术上存在相当大的优势，除频谱利用率高和较强的带宽扩展性外，由于其采用了子载波传输，使其在抗多径衰落性能方面的优势非常明显，另外，OFDM系统可灵活选择各子载波进行传输，使其具有灵活分配频谱资源的性能，所以它越来越得到人们的重视，各项产业化工作也在不断开展中。如今，人们已经将OFDM技术的诸多优点与各自的研究领域结合了起来。首先，在宽带接入系统中，由于OFDM系统具备良好的特性，将成为下一代蜂窝移动通信网络的有力支撑。专家指出，4G等未来移动通信以数据通

34、信和图像通信为主，数据通信的速率比3G要大大提高，还特别注重与互联网结合，通信以IP协议为基础等等。其中就牵涉到很多关键技术，如为了达到高速传输以及高QoS的保障，必须使频谱利用率提高、信号抗衰落能力增强、抗码间干扰能力显著增强等，我们需要OFDM等先进的调制技术。而目前正在研发的3GPPLTE技术也很可能选用OFDM及其改进型作为基本多址技术。因此我们可以预见，OFDM技术将在未来发挥如今CDMA技术对于移动通信一样的重要作用，甚至产生更广泛的影响。其次，在无线局域网中，OFDM等技术开始得到应用，以提升WLAN的性能。如802.11a和802.11g都采用OFDM调制技术，提高了传输速率，

35、增加了网络吞吐量。802.11n计划采用MIMO与OFDM相结合，使传输速率成倍提高。最后，在数字广播电视系统中，数字音频广播(DAB)是第一个正式使用OFDM标准的。另外，当前国际上全数字高清晰度电视传输系统中采用的调制技术就包括OFDM技术，欧洲HDTV传输系统已经采用了编码OFDM技术。它具有很高的频谱利用率，可以进一步提高抗干扰能力，满足电视系统的传输要求。总之，正是因为具备了显著的优势，OFDM在未来移动通信和其他宽带无线技术的发展中才如鱼得水，获得了广泛的应用。我们有理由相信，随着人们对无线通信需求的进一步增加，OFDM必将获得更大的发展。第二章 OFDM基本原理2.1 OFDM概

36、述OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)即正交频分复用技术，实际上OFDM是MCM Multi-CarrierModulation，多载波调制的一种。其主要思想是：将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到在每个子信道上进行传输。正交信号可以通过在接收端采用相关技术来分开，这样可以减少子信道之间的相互干扰 ICI 。每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此每个子信道上的可以看成平坦性衰落，从而可以消除符号间干扰。而且由于每个子信道的带宽仅仅是原信道带宽的一小部分，信道均衡变得相对容易。2.1.1 OF

37、DM由来OFDM由多载波调制(MCM)发展而来。美国军方早在上世纪的50-60年代就创建了世界上第一个MCM系统，在1970年衍生出采用大规模子载波和频率重叠技术的OFDM系统。但在以后相当长的一段时间，OFDM迈向实践的脚步放缓。由于OFDM的各个子载波之间相互正交，采用FFT实现这种调制，但在实际应用中，实时傅立叶变换设备的复杂度、发射机和接收机振荡器的稳定性以及射频功率放大器的线性要求等因素制约了OFDM技术的实现。经过大量研究，在20世纪80年代，MCM获得了突破性进展，大规模集成电路促进了FFT技术的实现，OFDM逐步进入高速Modem和数字移动通信的领域。90年代，OFDM开始被欧

38、洲和澳大利亚广泛用于广播信道的宽带数据通信，数字音频广播(DAB)、高清晰度数字电视(HDTV)和无线局域网(WLAN)。随着DSP芯片技术的快速发展，格栅编码技术、软判决技术、信道自适应技术等成熟技术的应用，OFMD技术的实现和完善指日可待。2.2 OFDM系统的基本结构 2.2.1 OFDM 信号的产生正交频分复用（OFDM）是多载波调制（MCM）技术的一种。MCM的基本思想是把数据流串转变为N路速率较低的子数据流，用它们分别去调制N路子载波后再进行传输。因子数据流的速率是原来的1/N，即符号周期扩大为原来的N倍，远大于信道的最大延迟扩Smax，这样MCM就把一个宽带频率选择性信道划分成了

39、N个窄带平坦衰落信道（均衡简单），从而“先天”具有很强的抗多径衰落和抗脉冲干扰的能力，特别适合于高速无线数据传输。OFDM是一种子载波相互混叠的MCM，因此它除了具有上述,MCM的优势外，还具有更高的频谱利用率。OFDM选择时域相互正交的子载波，它们虽然在频域相互混叠，却仍能在接收端被分离出来。OFDM系统框图如图2-1所示一个OFDM符号之内包括多个经过相移键控(PSK)或者正交幅度调制(QAM)的子载波。OFDM符号可以表示为式（2-1）。， (式21)式中 N子载波的个数； TOFDM符号的持续时间（周期）；分配给每个信道的数据符号；第个子载波的载波频率；rect()矩形函数，rect(

40、)=1，T/2。s()=0, 或T式中 每个子载波在一个OFDM符号周期内都包含整数倍个周期，=+,而且各个相邻的子载波之间相差1个周期，其正交性证明如下：对式（2-1）中的第个子载波进行解调，然后再时间长度内进行积分，即（2-2）由式（2-2）可看到，对第个子载波进行解调可以恢复出期望的符号，而对其他子载波来说，由于在积分间隔内，频率差别（可以产生整数倍个周期，所以积分结果为零。 因此OFDM信号频谱实际上是满足乃奎斯特准则的，即多个子载波之间不存在相互干扰。2.2.2 OFDM信号的频谱特性 当各个子载波用QAM或MPSK进行调制时，如果基带信号采用矩形波，则每个子信道上已调信号的频谱为形

41、状，其主瓣宽度为2/TSHz，其中TS为OFDM信号长度（不包括CP）。由于在TS时间内共有OFDM信号的N个抽样，所以OFDM信号的时域抽样频率，即，所以 (2-3)即这些已调子载波信号频谱函数的主瓣宽度为2/TS，间隔为1TS。根据函数的性质，知道它们在频域上正交，这就是正交频分复用（OFDM）名称的由来。我们知道，一般的频分复用传输系统的各子信道之间要有一定的保护频带，以便在接收端可以用带通滤波器分离出各子信道的信号。保护频带降低了整个系统的频谱利用率。OFDM系统的子信道之间不但没有保护频带，而且各子信道的信号频谱还相互重叠，如图2-2所示这使得OFDM系统的频谱利用率相比普通频分复用

42、系统有很大的提高，而各子载波可以采用频谱效率高的QAM和MPSK调制方式，进一步提高了OFDM系统的频谱效率。应该指出，由于循环前缀的影响，OFDM信号的频谱结构将发生一定的变化，但是这仅仅使信号的某些频谱成分得到增强，而不会使OFDM信号增加新的频率成分。我们知道，移动信道一般存在多径传播问题，使信道表现出明显的衰落特性，信道的多径衰落在单载波传输系统中往往会产生严重的码间干扰，使得接收机往往需要比较复杂的均衡滤波器，所以设计单载波高速移动通信系统的均衡器是一项富有挑战性的工作。OFDM系统利用N个子载波，将整个信道划分成N个子信道，在每个子信道上信道的衰落近似平坦衰落，而且每个子信道上的码

43、速率也比较低，这使得OFDM系统的均衡器的设计比较容易，一般每个子信道只需要一个单抽头的（自适应）均衡器即可，这也是OFDM吸引人的特点之一。OFDM子信道之间的间隔对系统的性能也有很大影响。子信道间隔越大，由于各种因素造成的子信道间的干扰越小，但是同时系统的频频利用率也越低，由于子信道带宽的加大，系统抗击频率选择性衰落的能力也下降；反之，为提高系统的频谱效率而缩小子信道间的间隔，必然使系统的子载波间的干扰加大；系统设计人员需要在它们之间折中。信道带宽和FFT的点数决定了OFDM子信道间的间隔，确定子信道间隔的一般原则是，满足系统频谱利用率和保证OFDM系统的良好的抗击选择性衰落的前提下，尽可

44、能加大子载波间的间隔。2.23保护间隔和循环前缀后缀在无线衰落信道中，多径的影响导致接收信号产生时延扩展，因此一个码元的波形可能扩展到其它码元的周期中，引起码间串扰(IS1)，这也是导致传输性能下降的主要原因。为避免ISI，应使码元周期大于多径效应引起的时延扩展，实际中应大于最大多径时延。 OFDM系统中，通过降低码元速率使得ISI的影响降低，同时可以在每个OFDM符号之间加人保护间隔，而且保护间隔长度一般要大于无线信道的最大时延扩展，即在N个数据块后加个0，进一步消除残留的ISI。如图2-3所示。然而在这种情况下，由于多径传播的影响，会产生载波之间的干扰（ICI）,即子载波之间的正交性遭到破

45、坏，如图2-4所示。由于在FFT运算时间长度内，第一个子载波和第二个子载波之间的周期数之差不再是整数，由上面正交性证明知，这两个子载波不再正交，所以当接收机试图对第一子载波进行解调时，第二子载波会对第一子载波造成干扰。把循环前缀（CP）或者称循环扩展引入OFDM以解决正交性问题。为了克服ICI，人们在保护间隔中加入的是OFDM符号的循环扩展，而不是使用空白保护间隔，如图2-5所示。改用循环前缀后，只要多径时延小于保护间隔，在FFT的运算时间长度内，不会发生信号相位的跳变，因此OFDM接收机所接收到的仅仅是存在某些相位偏移多个单纯连续正弦波德叠加信号，而且这种叠加页不会破坏子载波之间的正交性。此

46、外，循环扩展的长度取决于信道的时延扩展，同时循环扩展还有一个更重要的作用，即可以实现系统的同步。加入循环前缀后完整的OFDM系统的组成框图如图2-6所示。输入比特序列完成串/并变换后，根据采用的调制方式，完成相应的调制映射，形成调制信息序列，对其进行IFFT,计算出OFDM已调信号的时域抽样序列，加上循环前缀CP（循环前缀可以使用OFDM系统完全消除信号的多径传播造成的码间干扰（ISI）和载波间干扰（ICI），再做D/A转换，得到OFDM已调信号的时域波形。接收端先对接收信号进行A/D转换，去掉循环前缀CP，得到OFDM已调信号的抽样序列，对该抽样序列做DFT即得原调制信息序列。循环前缀CP的

47、引入，使得OFDM传输再一定条件下可以完全消除由于多径传播造成的码间干扰（ISI）和载波间干扰（ICI）的影响，大大推进了OFDM技术实用化进程。 2.24 OFDM 加窗技术在OFDM系统中，一个OFDM信号是包括多个经过调制的子载波的合成信号。其中，每个子载波都可以受到相移键控（PSK）或者是正交幅度调制（OAM）信号的调制，并且每个子载波之间满足正交性，即 (2-4)式中 OFDM信号的宽度； 发送载波的基本频率。取rect ,则从t=0开始的OFDM信号可表示为 （2-5）OFDM信号的功率谱密度为信号的自相关函数的傅里叶变换，即 （2-6）由于自相关函数的傅里叶变换就是信号的功率谱密度，由此可得到OFDM信号的功率谱密度。从其功率谱密度图分析可以得出，其外功率谱密度衰减比较慢，即外辐射功率比较大。因此，为了让带宽之外的功率谱密度下降的更快，则需要对OFDM信号采用“加窗”技术。对OFDM符号“加窗”使信号周期边缘的幅度值逐渐过渡到零。根据时域相乘等效于频域卷积的原理，经过加窗的OFDM信号的频谱等于原始OFDM信号频谱与窗函数频谱的卷积，因此，其带外频谱特性主要是由两者之间频谱宽度较大的信号来决定，也就是由加入的窗函数的频谱来决定。因此，选择窗函数的原则就是：其频谱特性比较好，而且非恒定信号幅度部分也不能过长，避免对更多个时