基于Matlab的OFDM系统设计及分析

基于Mａtlaｂ的OＦDM系统设计及分析————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期:ﻩ目录TOC＼o"１-3＂\ｈ\ｕHＹPERLINK＼ｌ_Ｔｏc5573设计总说明ﻩＰＡGERＥF_Tｏc557３IHYPERLINK＼l_Toc26737Ｔhｅtotaｌdesiｇneｄｔoshowｔｈat PAGEREF＿Toc26737ＶHYＰＥRLＩＮK\ｌ_Tｏc14597１绪论ﻩPAGEREF＿Tｏｃ145971ＨYＰERLIＮK＼l_Toc21８７01．1课题背景 PＡGEＲＥF_Ｔｏｃ2１8７０1ＨYPERＬIＮK\l_Tｏｃ240541.2无线通信 PAＧEREＦ_Tｏc24０5４1HYPERLINＫ＼l＿Toc２112４1.２.1无线通信概述 PAGＥRＥF_Toc2１124１HＹPＥRLINＫ\ｌ_Toｃ5１４21.2.2无线信道特性 ＰＡGEＲEF_Toc５142２HYPＥRLIＮK\l＿Ｔoc２16621.3ＯＦDM系统介绍ﻩＰＡGＥREF_Ｔoｃ216623HYPEＲLＩNＫ\l＿Toc6784１．3.1OＦDM的概述 ＰＡGERＥＦ_Toｃ678４３HYPEＲLＩＮK\l_Toc１14781.３.2ＯFDM的应用ﻩPAGEREF_Tｏc１14784HYPＥRＬＩＮK\l_Toc６7991.３.３OＦDM的关键技术ﻩPＡGEREF_Ｔoc6７995ＨＹPＥRLIＮＫ\l＿Toc12581１.3．4OＦDM系统的优点及缺点ﻩPAＧEREＦ_Toｃ１２５８17HＹPEＲLＩNＫ＼l_Toc９299１.4MATＬAB特点与功能 PＡGEＲEF_Ｔoc92９９9ＨYPEＲＬIＮＫ＼l_Toｃ2５４４9２OFDＭ系统的基本原理 PAＧEREF_Tｏc2５4４911HYPEＲLINK\l＿Toｃ２５5962．1OFＤM技术原理ﻩPＡGEREＦ_Toc255961１HYPERＬINK＼ｌ_Ｔｏc２09142．２基于ＩFFT/FＦT的OFＤＭ系统模型ﻩPＡGEREＦ_Ｔｏc2０91412HYＰERＬINK\l_Tｏc32６2５2.3OＦDM信号的频谱特性 PAGEＲEF_Ｔoc32625１４HＹPＥRLINK\l＿Tｏｃ5１22．4串并转换ﻩＰＡGERＥＦ_Tｏｃ5１2１5ＨＹPERLＩNK\ｌ_Toｃ1782２3OFDM系统在ＭＡTLAＢ上的仿真分析ﻩPＡGEREＦ_Toc178221632813.10FDＭ系统调制与解调解析ﻩPAGEREＦ_Toｃ328１１6ＨＹPERＬINK\l_Toc２５９２７3.2加窗ﻩＰＡＧEREF_Toc25９2718HYPEＲLINK＼l_Toｃ２５8９73.3AWGNA信道下的仿真 PAGERＥF_Toc２5897２0ＨＹPERLIＮK＼l_Ｔoc２0３2１3.３.1加入高斯白噪声前后分析对比ﻩＰAGEREF_Toｃ203２12０HYPERLINＫ\l_Toｃ5263.３．2BER性能曲线 PAGＥREF_Toc52６21HYPEＲLIＮK\ｌ_Toc187494对系统误码率的改善分析 ＰAGEＲEF＿Toc187４923HＹPERLＩＮＫ\l_Toc31８674.1循环前缀 ＰAＧERＥF_Toc3186723HＹＰERLIＮＫ\l_Ｔoc5３904.2ＯFDM系统的峰值平均功率比ﻩPＡGＥREF_Toc5３９027HYPＥＲLINＫ＼l_Toc36774．３信道估计 PAＧEＲＥF_Ｔｏc36７72８ＨYPEＲLINK\l＿Toｃ295６4.3．1信道估计概述 ５62８HYPＥRLINK\ｌ_Toｃ5４14．３.2基于导频的信道估计方法ﻩPAＧEＲEF_Toc54１29ＨYPERLINK＼l_Ｔoc6082４.3．3信道的插值方法ﻩＰＡGEREF_Toc608229HYPERLINK\l＿Toc２45０５4．3.4仿真结果及分析 ＰＡGEREF_Ｔoｃ２4５０５３0HYPＥRＬＩNK\l_Tｏc200４７5总结ﻩPＡGEREF_Toｃ２0047３２HＹPERLINK＼l＿Toc19３365.1完成的主要工作 ＰAGEREＦ_Tｏc１933632HYPＥＲLIＮＫ\ｌ＿Tｏc２５５０3５.２不足与展望 PAGＥRＥF＿Ｔoｃ２550３32HYPERLINK\l_Ｔｏｃ276６0参考文献 PＡGEＲEF_Ｔoｃ27６６０34HYPEＲLINＫ＼ｌ_Ｔｏc８４14附录 PＡＧERＥF_Toｃ8414３５ＨYPERLＩNＫ\l_Toｃ６0２9致谢ﻩPＡＧEＲEＦ_Tｏc602９50基于Ｍatlab的OFDM系统设计及分析设计总说明正交频分复用是一种历史悠久的多载波调制技术，最早在2０世纪中期的时候,在通信领域，研究者们做了大量的卓有成效的研究工作,对多载波调制理论进行了研究,并论证了利用多载波调制技术能够对整体系统性能进行优化。当时许多专家学者对这频域非常密集的多载波调制的ＯFDM系统产生了巨大的关注。然而那个时候的数字信号处理技术还没有得到足够的成长,OFDM也因此没有得到普遍的关注和使用。在20世纪9０年代,随着数字信号处理技术的日渐成熟，OＦDＭ技术在告诉数据传输方面得到了人们的重视,已经普遍应用于数字音频广播(如DAB和ＤＢA）、无线局域网、电话上的数字传输（VDSL和ADSL）和电力线通信（ｈｏmｅplugａｖ和BPL）等领域。20０4年，已经作为3G核心之一的WiMAX影响力的扩大强烈迫使传统电信领域的标准化组织3GPP启动了它的长期演进计划,以OFDM为基础的多址接入技术在这次以空中接口技术的较量中，通过下行OFＤMA和上行SC-FDMA奠定巨大优势获得胜利，这也意味着未来的一段时间移动通讯系统中将出现OFＤＭ一统天下的局面。正交频分复用(OFDM)技术能够有效的避免有符号间干扰信道，因为其简易高效,现已成为现今无线高速通讯整体中不可或缺的主要技术之一。本文最开始介绍了无线通信的发展史以及到现在的移动通信系统中的OFＤＭ采用多种新技术所以具备更高的带宽利用率和克服符号间干扰与突发噪声的能力,也因其子载波彼此之间存在正交性，能让其频谱互相叠加,对比一般的频分复用，OFＤＭ能够尽可能地操控频谱资源去扩大系统容量,最主要的是它的灵活开放性能很好地符合多媒体通讯的特点，将包含数据、语音、影像等多种多样的多媒体业务高效完善地传达出去。并简略阐述了仿真必须用到的MATLＡＢ的可靠的数值和符号运算功能,简易的符号语言,可视化的特点。文章对OFＤM系统进行了概述以及当今社会普遍应用的主要原因在于它能够将宽带有符号间干扰信道改造为一系列衰落信道,这也表明，带宽利用率是非常高的，和高速离散傅里叶变换(DＦＴ）技术来实现调制和解调,且选用联合编码技术，使其能够有很强的抗衰减特点及可与多种接入方式结合使用的优势与需要补足的地方，如OFDM对系统定时和频率偏移敏感和存在较高的峰值平均功率比，同时由于无线信道的不稳定性，且发射端载波和本地振荡器的频率偏差，所以产生的频率存在一定偏差使ＯFDM整体出现问题。同时，就OＦDＭ系统的基本原理进行了讨论，事实上，它是用N个子载波信道切割成相应的子信道,因为这些子信道调制，实现多个数据的频域并行传输，这点和OFＤM的原理差不多，唯一的区别就是OFDM技术很好的抓住了其控制特点,使其整个体系中每个子信道的载波相互正交,频谱彼此叠加,所以频谱利用率有所提升并减少了每一个子载波之间的影响。得到了OFDM为了保证不同子信道上承载的数据在接收端可以正常分离,必须保证自信道之间的“正交性”，也就是说并行传输子信道并不是无限随意划分的。所谓的正交性在时域应体现为：在频域体现为：OＦDM所采用的信号设计形式是满足正交性要求的最佳信号设计,满足频域奈奎斯特采样定律的最密的采样，它的正交性是根据在某一个积分时间内所有子载波都是整周期而且不同载波之间周期个数不同来实现的。这样，就利用了子载波在时域的正交性可以完全屏蔽其他子载波的干扰,恢复了本子载波承载的数据信息。从OFDM信号在频域的图像可以看出,每个子载波的频谱实际上就是频域的抽样函数,在频域的最佳采样点无子载波间干扰。其实更本上OFＤM调制和解调都是在数字基带上进行数字信号处理实现的，因此t=为起始时间可以得出ＯＦDＭ的符号表达式：然后OFDM等效复基带信号通过逆傅里叶变换（IDＦT）的定义,能够得到它的DFT转换：从而可以得出由ＤＦT和IＤFT来分别代替OFDM系统的调制和解调。其中通过上式中OFDM符号看出其功率谱的带外衰减速率很慢,我们不妨对其每一个都进行加窗调制,符号周期边的幅值逐渐减小为零,信号的幅度也逐渐减小，即使对信号的误码率有一定的影响。通过以上OFDM系统参数数学公式和加窗技术的原理及运用ＩDFＴ和DFT完成了基于IFFT/FFT的OFDM系统设计,即在接收端把时域信号通过快速傅里叶变换(FFＴ)转化为频域信号，由此我们在程序编码上配置调制解调相关参数和帧结构等相关参数可以得到ＯFＤＭ在AＷGN信道下的ＢEＲ性能曲线仿真图，并粗略分析系统误码率与信噪比之间的关系，而其代码中也不会包含信道估计，循环前缀等模块。接下来通过上述的ＡWGN信道编写的程序代码的基础上进行添加修改下着重探讨了了理想同步条件下,保护时隙（CP)、循环前缀加入前后和各种信道内插方式在多径瑞利衰落信道下对ＯFDM系统整体性能的影响。其中如果一个符号的长度严格等于Ts,即N个采样点,那么经过符号间干扰信道之后连续的两个符号之间的样点之间必然发生重叠,而且符号之间的干扰还会影响每一个子载波间的正交性,带来严峻的后果。因此,系统中往往需要增添保护时隙在两个OＦＤM符号之间。一种直接的思路是在两个符号间加上一段时间为０的区域，这虽然消除了ISＩ,但是这种方法实际上无法克服符号间干扰所带来的子载波干扰。即在ＦFT积分时间的子载波的延迟路径已经不在整个周期中，子载波之间的正交性受其严重的损伤。我们为了解决这一问题,在目前实用化的OFDＭ系统中都采用了添加循环前缀（CP)的方法。所谓的循环前缀其实是将一个符号的后面若干个（Nｃp）样点按顺序移到这个符号前面，代替保护间隔,其作用是在ＦＦT积分时间内，每一条延迟径上的各个子载波都仍然是整周期的，保证了子载波间的正交性。循环前缀的引入虽然对抗了符号间干扰,但是带来了传输效率的下降，因此在OFDＭ系统设计时循环前缀的长度需要适当的选择一个参数，其长度一定要大于最大多径时延时,才能担保子载波间正交性。在添加循环前缀后,很明显,整个系统都会产生功率和信息速率的损耗，但它能够克服符号间干扰和多径产生的符号间干扰，本文也会通过仿真的实际结果重点说明其两面性的长短。同时研究OＦDM系统峰均功率比更高的原因，主要是该符号是由一个单一的调制的副载波信号。因此，它可能会导致一个非常高的信号峰值功率，具有很高的峰值均匀功率比。因此对比单载波系统，OFDM系统发射机的发送信号的瞬间时值极度不稳定。这势必要求系统内的如Ａ/D、Ｄ/A转换器等一些器件具备非常大的线性动态范围;然而同时也会由于这些器件的非线性对动态范围较广的信号引起非线性失真，以及彼此之间的干扰信道引起的谐波,从而降低整个OFDM体系的性能。在接收端的同时,由于无线信道的波动范围很广和不可预测性，且随着多种原因的不稳定性,从而致使收到的信号幅值、相位和频率的失真，从而难以解析。这些问题对接收机的设计造成了很大的阻碍，因此在接收机中,信道估计器是一个不可或缺的部分。信道估计器的设计在OＦDＭ系统中首要直接就面临着两个困难:一是导频信息的选择，二是要有较低的复杂度。在最新建立于正交频分复用的无线通信系统,因为其传输速率高,它必然运用相干检测技术来得到更高的性能，因此一般选取非盲估计收获很不错的估计结果，使其能够很好的追寻无线信道的改变，提升接收端信号的质量。此课题所研究的基于导频信道估计的信道估计方法也是其中一种很实用的方法。由于其分为常值内插、线性内插和DＦT插值,其中常值内插是相当容易的方式,但是考虑到达成的困难度,信道估计准则选取ＬS估计准则,简单讨论LS算法下不同插值方式下对信道估计的仿真。在基于ＩＦＦT/FFT的系统的ＯFＤM系统内加入保护间隔之前之后的模拟和循环前缀等模块后，在完全不一样的信道条件基础上,,对比保护时隙、循环前缀、采用LS估计方法对ＯFDＭ系统误码率影响,得到了自己此次设计中想要的结论。最后对整个毕业设计归纳总结，并提出本文存在的不足的地方和对OFDＭ技术将来工作的研究展望。关键词：正交频分复用;系统仿真;误码率影响MATＬABSｉmulatｉonaｎｄPerfｏrmanceＡnａlyｓisoｆOFDＭＳysteｍThetoｔaldesｉgnedｔｏshowtｈatＯｒｔhogｏnalfｒeｑuｅnｃyｄivｉｓｉoｎmultｉpleｘingisaｍuｌｔi-carrierｍoduｌatioｎtechnｏlogywｉthａlｏnｇhistory,asearlyastｈemｉｄdleofthe２0thcenｔury,iｎthefｉeldofcommuniｃation,thｅresearcherｓｈavedoneａlotｏｆfruｉtfulwork,ｓtudieｄthemｕｌticaｒriermoduｌatioｎtheory,ａｎddemｏnstratｅstheｕsｅofmulｔｉcarｒieｒmoduｌａｔｉonteｃhniqueｔooptiｍizｅthｅoveraｌlpeｒformaｎceｏfｔhesｙｓｔem.Ａｔｔｈａttimｅ,mａnyexpertｓａndschoｌarsｏnthefreqｕenｃydomainoｆveryiｎｔensiｖemｕlｔｉcarrierｍoｄuｌatiｏｎOFDMsysｔemｔoｐroduｃeagreatdealofattenｔｉｏｎ.Attｈatｔiｍｅ,howeveｒｔhegrowthoｆdｉgitalsiｇnaｌproｃｅssinｇtecｈnoｌogyｈaｓnｏtbeeneｎｏugh,ＯFDMandtｈereforｅdｉdn'tgettｈeattentionandwｉdelyｕseｄ.Inthe１990s,withｔhematuringofdigｉtalsignalproｃessinｇｔechnology,OFDMｔｅｃhnolｏgyiｎtellｄａｔaｔrａnsmｉssiｏnｈasgottheaｔtｅntiｏnｏｆtheｐｅople,hasbeenwidelｙapｐliedinthｅdｉgiｔalauｄｉobroaｄcａstiｎｇ(ＤAB)ａｎdDBA),wiｒeleｓslocaｌaｒeａｎetｗｏrｋ(LAＮ)，tｈｅdigｉｔaltransmission（VDSLandADSL)ｏｎthephoneanｄｐowerlinecommuｎication(hｏmeplugａvandBPL),eｔｃ.In200４,hasbeｅnoｎeofｔhｅ3gcoｒeWiMAXinfluenceｔｏeｘｐandastrｏｎgfoｒceoｆtraditｉoｎalｔelｅcomorｇanｉｚatｉonｆorstandａｒdizａtioｎintheｆｉｅldof3GPPｌauｎｃheｄｉtｓloｎg-terｍｅｖoluｔiｏｎplaｎ,oｎthebasｉｓofOＦDMｍultiｐleaccesstｅchnologyintheairinterfaｃｅｔｅcｈnolｏgy,ｔhroughthedownlinkOＦDMAｕplinkＳC-FDＭAaｎdlayａhugeaｄｖａnｔagｅｔowin,italsomeansapeｒioｄoｆｔｉmeiｎtｈeｆｕｔｕremobileｃommuｎicatioｎｓysteｍwilｌapｐeａrＯＦDＭthesｉｔuａtｉonofｕnifytｈｅwholｅcountry．Oｒｔｈogonalfreqｕeｎｃｙdivisioｎmultiplexing（ＯFＤM)technologｙcaｎｅfｆeｃtivelｙａvoｉdｔheｉnｔersymｂoｌinteｒｆerｅｎcechａnnｅｌ,ｂｅcauｓeofitｓsimpｌeandｅfficienｔ,hasnoｗbecｏmetheinｄispenｓａbｌｅoneofthｅmainｔechnolｏgyｏfhiｇh-sｐｅedwｉrelesscomｍunicaｔionoveraｌl.Thisｐapｅratfｉrstｉntrｏducｅdtheｗｉrｅｌessｃomｍuniｃaｔｉoniｎｔhehｉsｔoryoｆdｅvelopmeｎt，aｓweｌlａstotheｐｒeseｎｔsyｓｔeｍfoｒmoｂilｅcoｍmunicatiｏｎsOＦＤMUSＥSｔｈemaｎｙkindsoｆneｗtｅchnolｏｇyｓowｉtｈhigheｒbaｎdwｉdthutilｉｚatioｎ,ａndoveｒcｏmｅthｅｉnterｓｙｍbolinteｒｆeｒｅnｃｅanｄbｕrsｔnoiｓestreｎgth,alsobｅcauseoｆitｓｃaｒrieｒｏrthｏgoｎaｌitybetｗeeneachother,ｅachotherｃａnｍａkeiｔsspecｔruｍsuｐｅrpositioｎ,comｐaｒeｄwithｔhegeｎｅralfrequeｎcydｉvｉsionmuｌtｉｐlexing,OＦDMｃaｎbeasmuchaspossibｌemanipuｌatiｏnofｔhespeｃtｒｕmresoｕｒcestｏexｐandtｈｅsｙsteｍcapacｉtｙ,tｈｅｍainｅsｔisitflexibleoｐenperfoｒｍanｃeｃｏnfｏrｍsｔothecharactｅristicsofmultiｍｅdｉaｃommunication,welｌwillｃｏnｔainｄａｔa,voiｃe，iｍageandsoonavａrｉｅtyofｍｕltｉｍeｄｉabuｓiｎesseffｅｃtiｖeandｐerfectｐaｓｓｏｕt.AndbriｅflyeｘｐｏunｄｓtｈeｓimuｌatiｏnmustbeｕsedintherｅliabｌenumeｒiｃalandｓyｍbolｉcoperatｉｏnfｕnｃtioｎofMＡＴＬAB,ａsiｍpｌesignlanguage，ｔhｅcharacteｒisticsofｔhｅvｉｓual．AｒticleｓｏntheＯFDＭｓyｓｔemｗeｒesumｍａｒized,andtｈemainreasonforgeneralｕｓeｉｎtoday'ssoｃｉetyisthatｉtcaｎbeabroａdbａndhastransfoｒmeｄintｏaｓｅrｉesoｆiｎtersｙmboliｎtｅｒfeｒencecｈanｎｅlｆaｄingcｈanｎeｌ,ｔhｉsalsoshoｗsthattｈebａndwidｔhutiliｚａtｉonｒaｔｅisveryｈｉgh,ａndthedｉｓcreteＦourｉertransform(DFT）tｅchnoｌogytorｅaｌizethemodulationａndｄemodｕlatiｏn，anｄselectｓtｈejoinｔcｏdiｎgtechnolｏgy，enａblｅittohａveａｓtrongresisｔａｎceattenｕaｔiｏncｈaｒａcteriｓtiｃｓandcａnbｅuseｄwithｍultｉｐleａcceｓsｍｅtｈｏdsincoｍbｉｎatｉoｎwiththｅadvaｎtａgesａndｔhｅneｅdtoｃomｐleｍｅnt,ｓuｃｈaｓOＦＤＭiｓsensitｉveｔｏtimｉnganｄｆrequenｃyoffｓeｔandtheeｘｉstｉｎghighｐeａｋaverａgeｐowerraｔio，ａtthesaｍetimeｄuｅtotｈeiｎｓtａbilｉtyｏftheｗireｌesｓchaｎnel,ｔhｅｓendｅｒaｎdthecａrrｉeｒａndｔhｅloｃaloｓcillａｔorfreｑｕeｎcｙdｅｖiation,ｓothｅreisacｅrtａinｄevｉationｏffrequenｃyＯFDMthewhｏleprｏblem．Atｔhesametimｅ,itdiscusｓesthebaｓｉｃprinｃiplｅofOFDMsystem,ｉｎfact,ｉtiｓthｅｃａrriｅrchanneｌcutｉntocorrespondinｇpeｒsonwithＮｓｕb-ｃhannels,becaｕseｔhesesuｂchannelmｏdulａtion,ｉｍｐlementmulｔiｐlefreqｕencydomainpａｒalleｌｄａｔatransmｉssioｎ,ｗhichｉsｓimilaｒｔoｔhｅｐrincipleofOFDＭ，ｔheonlydiｆferｅncｅisｔheOFDMteｃｈnolｏgyｇooｄcａｕｇｈtitscｏnｔrｏlcharacterｉstiｃ,makethewhｏｌeｓystemofoｒthogonalｔｏeachother,eachchａｎｎeliｎthｅｃarrierfｒequｅncyspｅctrｕmsuｐerpositｉoｎofeaｃhｏｔｈer,ｓoｔoiｍｐrｏｖeｓpectrumefficｉencｙaｎｄtoredｕcｅtｈeiｎfluｅｎcｅbｅｔweeneacｈchiｌdcarrier．Indifｆerentsub-channelsｏfOFDMiｎordｅrｔｏensureｔhebｅarinｇｄａtacaｎbesepａrａｔｅdattｈeｒeｃeｉvingenｄ,mｕstｅｎsurｅｔheorｔｈogonalitｙbeｔｗeｅnself-cｏnfidence,ｔhatistosay,ｐarａlｌeｌtransmissｉonisnoｔｉnfinitesub－cｈａnnelｓrandoｍlydivｉded.Thｅｏｒthogoｎalityoftheso-caｌledtｉｍedｏｍaiｎshｏuｌdｂeeｍbodiediｎ：Intheｆｒequｅncｙdｏmaiｎemboｄiediｎ：ＯＦDMｓignａldesｉgnfｏｒｍisadoｐtｅdｂythebeｓｔｓignalｔｈatcｏuldsatisｆyｔhｅｒeｑuirementoｆortｈogonａlitydeｓign,ｓaｔiｓfythefrｅqｕｅncyｄomａiｎNyquistｓamｐlinｇlａｗｉsthemostｄenｓesａmpｌiｎg,itsｏrtｈogonalitｙisaccordiｎgtoａllthesubcarｒieｒｉnacｅrtainiｎｔｅgraｌｔimeｉstｈewｈｏlecｙcleandｃycｌｅnuｍbｅrisdiffｅrentbetweｅndifferｅnｔcarｒiｅr.Sｏ,itiｓusingthｅorthｏgonalityofthｅｓubcarrieriｎtimｅdomaincanbecomｐｌｅtelyshieｌｄedothersub－carｒiｅrｉｎterfｅrenｃe，resｔoredtｈｅｂoｏkdaｔainfoｒmatiｏncarrier.ＣanｂeseenfromtheＯFDMsigｎalinthｅfrequencｙdomainimage,eａchsuｂcarrierfｒequenｃyｓpｅｃtruｍisaｃtuallythesａｍplｅfｕnctionｏffreqｕenｃydomain，inｔｈｅfrｅqｕeｎｃyｄomａｉnofthebestsａｍplingpoinｔsｗitｈｏutinｔerｆerenｃｅｂeｔweensｕbｃarrｉer.ＭoreontｈｅOFDMmoｄulationanｄdemodｕlationｉｓcarriｅdoutonthｅdigitａlbaｓｅbaｎdｄｉgitalsignalpｒocessinｇ,sot＝ａｓthestartｉngｔｉmｅｃanｂeconcludｅdｔhａtOFDMｓｙmbｏlｅｘpｒessiｏns：ＴheｎOＦＤMcompｌexeqｕiｖａlentbasebanｄsiｇnａｌｂyｉnｖeｒseFoｕriertraｎsｆoｒm（IDFＴ)deｆinitiｏn，tｏgｅtitsDFTtranｓfoｒｍatioｎ:ThuｓcanｄrawｂyDFTandIDＦTｒesｐeｃｔivelyinsｔeadofmodulationandｄemoｄulａｔｉonofOFDＭsｙｓtｅm.ＡmｏｎgｔｈemｔｈroughtｈetypeoｎOＦＤＭsymｂoltｏseｅitｓpoｗerspｅctrumout-ｏf-ｂaｎdattenuatioｎrateｉｓsｌoｗ,weｍiｇｈtaswelｌｔoeachadｄwｉndowmodｕlatiｏn，ｓyｍboloｆtheperiｏdｉcboundarｙaｍplｉtudedｅcrｅasestoｚｅro,ｔｈesignａlamｐliｔｕdeｄｅｃrｅaｓeｓ,ｅvenifｔhｅerrｏrrａｔｅoｆtｈeｓiｇｎalhastheｃertainｉnfluence．OFＤMsystemparameｔersthrouｇhｔｈｅａbovemａtheｍaticalformulaanｄthepriｎciplｅofwindowtｅｃhnologyａnｄusｉngIDFTbaｓedonIFFT/FＦTaｎdDFToｆtｈeＯFDMｓｙsｔemdesiｇｎ,nａｍelyｔｈeｔiｍe-domaｉnｓiｇnａlatthｅreceｉvｉｎgeｎdthroｕghthｅfastＦｏｕｒiertraｎsforｍ（FFT）isconｖertｅdintofrｅqueｎcydｏｍainｓignaｌ，tｈuswecｏnfiguremｏdemrelａtｅdｐａｒametersｏnthepｒogｒamｃodｅａｎｄfraｍeｓtruｃturｅparameterscａnｂerelａtedtｏOＦＤMＢERperformanceundｅrAWGNchannelsimulatioｎcurｖeｇrａph,andaｒouｇhanaｌysｉsofｔheｒelatioｎshipbetwｅenｔhｅsystembiｔeｒｒorｒateandsignaltonｏiserａtiｏ，andｔhecoｄｅwiｌlnotbeiｎcｌｕdｅdinｃhanｎｅｌestimation,ｃｙｃｌicpreｆixaｎdoｔhｅrmｏdｕles.TheｎthｒougｈthepｒogｒaｍcｏdewrｉtteｎinAWGＮｃhanneｌonthebasisｏfaddingmｏdifｉeditemisemｐｈatｉcａllydiscuｓｓｅd,undｅrtｈecｏndiｔionofiｄｅalｓyｎｃhｒoniｚａtiｏnｐroteｃｔiｏntimeｓlot(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,ｔhewholｅｓysｔemｗilｌproduｃelossoｆpowerandinfoｒmationrａtebutiｔcanｏｖｅrｃometheinteｒsymbolinterfeｒｅnceandmｕltｉpatｈiｎteｒsymboliｎｔerｆerence，thispapｅｒｗillｔｈｒougｈthesiｍulatｉｏnoftheacｔuａlｒesuｌtsｂａsedｏｎtｈelenｇthofｔｈetwoｓｉdes．ＲesearｃhOFＤMsysｔｅmpeakpoweｒｉｓhigherｔhanatthesａｍｅｔｉｍe,istｈesｙmbｏｌiｓdomｉｎatｅdｂyasｉnglemｏdulａtedsuｂｃarrｉeｒsignal.Tｈerefore,itmayleadtoaveryhｉghsｉgnａlｐｅakpower,hasthｅｖeｒyhighpｅakpｏwerrａtio．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，ｔｈｅgradｕａtiｏｎdesiｇn，thecｏnｃlusionandpuｔforwardintｈiｓpapｅr,thedeｆiciｅnciesoｆplaceaｎdtheｒeｓearchofOＦDＭtechniｑｕeintｈefutuｒeｊobprospects．Keywｏｒds:Ｏrthogｏnａｌfｒeｑuencydiviｓioｎｍulｔｉpｌexing;Ｓyｓｔeｍsｉｍulation;Berｉnfluｅｎｃｅ 1绪论1.１课题背景纵观移动通信的发展史,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可以达１0Mbiｔ/s至20Mbiｔ／s。虽然第三代移动通信可以比现有传输速率快上千倍，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需求。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。OFDM（OrthｏgｏnalFrequencｙDiｖisｉonMultiｐlｅxing)是目前已知的频谱利用率最高的一种通信系统，它将数字调制、数字信号处理、多载波传输等技术有机结合在一起,使得它在系统的频谱利用率、功率利用率、系统复杂性方面综合起来有很强的竞争力，是支持未来移动通信特别是移动多媒体通信的主要技术之一[1]。1.２无线通信１．2.1无线通信概述到目前为止,无线通信大约经历了四个阶段。（1)1Ｇ阶段主要采用的是模拟技术和频分多址（FDＭA)技术。由于受到传输带宽的限制，不能进行移动通信的长途温游，只能是一种区域性的移动通信系统［２]。第一代移动通信有很多不足之处，比如容量有限、制式太多、互不兼容、保密性差、通话质量不高、不能提供数据业务、不能提供自动漫游等。（２)2G阶段主要采用的是数字的时分多址(ＴDMA）技术和码分多址(CDMＡ)技术。全球主要有GSＭ和ＣDMA两种体制。ＧＳM技术标准是欧洲提出的,目前全球绝大多数国家使用这一标准。我国移动通信也主要是ＧＳM体制。目前使用GSM的用户占国内市场的97％。CDＭA是美国高通公司提出的标准。由于第二代采用不同的制式，移动通信标准不统一,用户只能在同一制式覆盖的范围内进行漫游，因而无法进行全球漫游，由于第二代数字移动通信系统带宽有限，限制了数据业务的应用，也无法实现高速率的业务如移动的多媒体业务[3]。(3)3Ｇ阶段与从前以模拟技术为代表的第一代和目前正在使用的第二代移动通信技术相比，3G将有更宽的带宽,其传输速度最低为384K,最高为2M,带宽可达5ＭHz以上。目前全球有三大标准，分别是欧洲提出的ＷCDMA、美国提出的CDMA2000和我国提出的TD—SCDMA。第三代移动通信网络能将高速移动接入和基于互联网协议的服务结合起来，提高无线频率利用效率［6］。提供包括卫星在内的全球覆盖并实现有线和无线以及不同无线网络之间业务的无缝连接。(４)4G阶段由于第三代移动通信系统仍是基于地面标准不一的区域性通信系统，尽管其传输速率可高达2Mｂ/s,但仍无法满足多媒体通信的要求,因此,第四代移动通信系统(４G）的研究随之应运而生。第四代移动通信技术的概念可称为广带(Broadｂaｎd)接入和分布网络，具有非对称超过2Mｂ/s的数据传输能力,对全速移动用户能提供1５０Mb/ｓ的高质量影像服务，将首次实现三维图像的高质量传输。他包括广带无线固定接入、广带无线局域网、移动广带系统和互操作的广播网络(基于地面和卫星系统）。其广带无线局域网(WLＡN)能与B-ISDＮ和AＴM兼容,实现广带多媒体通信，形成综合广带通信网(ＩＢＣN)，他还能提供信息之外的定位定时、数据采集、远程控制等综合功能［7]。1.2．2无线信道特性无线信道包括了电波的多径衰落,时延扩展,以及多普勒效应,在移动通信中，必须要充分考虑这些特性,并提出相关的解决方案。(１）时延扩展无线信道中电波的传播不是单一路径,而是许多路径来的众多反射波的合成。由于电波通过各个路径的距离不同，因而各个路径来的反射波到达时间不同，也就是各信号的时延不同。当发送端发送一个极窄的脉冲信号时，移动台接收的信号由许多不同时延的脉冲组成，这被称之为时延扩展。(2)多径衰落由于各个路径来的反射波到达时间不同，相位也就不同。不同相位的多个信号在接收端迭加,有时迭加而加强（方向相同）,有时迭加而减弱（方向相反)。这样,接收信号的幅度将急剧变化，即产生了快衰落。此外,接收信号除瞬时值出现快衰落之外，场强中值（平均值)也会出现缓慢变化。主要是由地区位置的改变以及气象条件变化造成的，以致电波的折射传播随时间变化而变化,多径传播到达固定接收点的信号的时延随之变化。这种由阴影效应和气象原因引起的信号变化，称为慢衰落。这种衰落是由多种路径引起的，所以称为多径衰落。(3)多普勒效应由于移动通信中移动台的移动性,如前所述,无线信道中还会有多普勒效应。在移动通信中，当移动台移向基站时,频率变高,远离基站时，频率变低。这就是有多普勒效应效应引起的[１５]。１.3OFＤM系统介绍１．3．1OＦDＭ的概述现代移动通信发展至今,已经经历了三代，而３G的后续技术也在加速研究中。目前,国际标准化组织正在推动无线传输技术从２Mb／ｓ传输速率向100Mｂ/s和１0０0Mb/s的目标发展,对4Ｇ的定义也已经逐渐清晰起来。基本上可以确定,ＯFDＭ/OFＤMA、MIMO和智能天线等技术将成为４Ｇ的主流技术[１8]。OＦDM相关的技术很多,实际应用中的OFDM复杂度很高。因此，建立适合自己研究方向的ＯFDM模型，无论是为了理解OＦDM技术的理论,还是对后续的OFDM与其他技术相结合的研究工作,都有着非常重要意义。OFＤＭ是一种特殊的多载波调制技术,它利用载波间的正交性进一步提高频谱利用率,而且可以抗窄带干扰和多径衰落。多载波调制原理最早在20世纪60年代中期由Coｌlinｓkineplex提出。70年代,主要用于美国军用无线高频通信系统;8０年代,OFDM的研究主要用在高速调制解调器、数字移动通信及高密度录音带中;90年代以后,OFＤM主要用在非对称的数字用户环路(ADSL)、ETSI标准的数字音广播（DAB)、数字视频广播(DＶＢ)、高清晰度电视(HDTV）、无线局域网（WＬAN)等。OFDＭ与ＣDＭA技术结合主要有两种形式,一种是多载波ＣDMA(MＣ-CDMA），一种是多载波直扩ＣDMA(ＭC－DS-CDＭA）。前者是频域扩展和多载波调制技术相结合,后者是时域扩展和多载波调制技术相结合。ＯFDM通过多个正交的子载波将串行的数据并行传输,可以增大码元的宽度,减少单个码元占用的频带,抵抗多径引起的频率选择性衰落;可以有效克服码间串扰(ISI),降低系统对均衡技术的要求,适用于多径环境和衰落信道中的高速数据传输；而且信道利用率很高,这一点在频谱资源有限的无线环境中尤为重要。这些方案都是基于ＯFDＭ之上的,因此,研究OFDM系统的性能就显得非常必要。1.3.2ＯＦＤM的应用采用OFＤＭ技术的一个主要障碍是现在存在许多不兼容版本且没有统一标准。OFDM技术有以下几种。(1)V-OＦＤM由宽带产品供应商Iosｐan公司和Ｃisco系统公司开发V－ＯFDM（VecｔoｒOFDM)。该系统使用空间分集技术,利用多重信号发射以提高带宽，通过使用特殊天线和信号处理来实现。天线接收信号再进行信号处理,使延迟信号合并变为更高的数据流。V-OFDM大多用于固定无线城域网（MＡＮ）。(2)W-ＯFDM目前,W-OFＤM（ＷｉdebandOFDM)已经通过IEEＥ组织的认证,成为IEEＥ８02.１6a标准(无线城域网的国际通用标准)物理层调制技术。ＯFＤM论坛称Wi-LAN公司的W-OFDM应该是标准版本。Ｗ－ＯFDM使用的不是紧压缩正交载波,而是在正交信道之间引入额外频率空间。通过在Ｗ-OＦDM数据的每一帧插入一些已知数据计算出传输信道的“估计”(这个“估计”就是理论中的“传输函数”),并利用这个“估计”来纠正选频衰落的影响。这能更好地减少干扰，并且对OFDＭ传输中存在的一些问题如抖动有了更高的容忍度[8]。无线互联网商务服务供应商在城域网中使用W-OFDＭ,因为城域网中的收发信机往往是在室外并需要更高的容错能力。(3）F-OFＤMＦ-OＦＤM（FlａshOFDM)是19９8年由Bell实验室发明，后来由朗讯科技下设的Flarion公司推出商用化产品。相对V-OFDＭ、W-ＯＦDM而言,它的特点是能在移动环境下工作,是一种移动宽带接入Internet解决方案。F-ＯFDＭ在OFDM中引入快速跳频扩频技术,该技术在传输中不断变换频率,即在每个时隙中可以根据跳频图样来选择每个用户所用的子载波频率。这种系统在比ＯＦDM所需频带更宽的频带上传输信号,将信号能量扩展到更宽频谱上，提高了信号的抗干扰能力。且由于高速切换子载波,因而相邻节点可以使用相同频率的子载波，可提高频率利用效率。该技术与ＧSM后向兼容，可以为蜂窝电话用户和其他移动用户提供宽带服务。Flaｒiｏn公司2004年３月１7日发布了针对笔记本电脑、台式PC、PDA和手机的芯片组、参考设计包和两款调制解调器，希望以此提高其F－OFDM技术的采用率。美国通信运营商ＮextelＣｏｍｍuｎicatiｏnｓ于200４年４月14日开始提供无线互联网服务“ＮextｅlWiｒeｌeｓｓBrｏadband”,最大下行数据传输速度3Ｍｂｉt／s。用户每月交纳数十美元便可永久接入无线互联网。该服务采用就是F-OFDＭ。利用F-OFDM的无线互联网技术投入实际商用，此前尚无先例。(4)MIＭO-OFＤM多输入多输出(MIMＯ)ＯFDＭ由IospａnWｉｒｅless公司开发，是OFDM和MIＭO技术结合产生的一种新技术。ＭIMO是该项技术的核心,是在收发两端使用多个天线,每个收发天线对之间形成一个MIMO子信道,若各发射接收天线间的通道响应独立，则MＩMＯ系统可以创造多个并行空间信道。通过这些并行空间信道独立地传输信息使得数据传输率得以提高。而ＯＦDM技术有极好的抗衰落特性,通过在OFＤＭ传输系统中采用阵列天线实现空间分集,可结合二者优点，使无线系统对噪声、干扰、多径的容限大大增加，而且大大提高频谱利用率和业务覆盖范围。由于MIMO和OFDＭ在提高无线链路的传输速率和可靠性的巨大潜力，使得这两种技术特别是二者的结合有望成为过渡到４G的潜在技术。(５)MuｌｔｉbanｄOＦDMMultiｂandOFDM联盟由50多个世界知名企业所组成，手机芯片制造商德州仪器（TI)是该联盟的发起人之一。Ｓamｓunｇ、Paｎａsonic及Ｎokia都是该联盟的成员。MulｔibanｄOFＤM联盟称，与W－OFDＭ相比，该技术产品的数据将更为强大，其中包括能轻松处理视频流的能力。１999年12月,包括Eriｓsｏn、Ｎｏkiａ和Wi-LAN在内的7家公司发起国际ＯFＤＭ,致力于策划一个基于OFDM技术的全球性单一标准。据分析，Wi-LＡN和Cisｃo很可能在OFDＭ的标准化方面相互争霸。我国的信息产业部也参加了OFDＭ论坛,可见OFDM在无线通信的应用已经引起国内通信界的重视。只有尽快开发出我国自主知识产权的技术,我国才能成为未来标准的真正制定者之一。1.3．3OFＤM的关键技术与下一代移动通信系统有关的ＯFDＭ系统的关键技术有以下几方面。（1）时域和频域同步OFDＭ系统对定时和频率偏移敏感，特别是实际应用中与FＤMA、TＤＭA和CDＭA等多址方式结合使用时,时域和频率同步显得尤为重要。与其他数字通信系统一样,同步分为捕获和跟踪两个阶段。在下行链路中，基站向各个移动终端广播发送同步信号，所以下行链路同步相对简单,较易实现。在上行链路中,来自不同移动终端的信号必须同步到达基站才能保证子载波间的正交性。基站根据个移动终端发来的子载波所携带信息进行时域和频域同步信息的提取，再由基站发回移动终端,以便让移动终端进行同步。具体实现时，同步将分为时域同步和频域同步,也可以时域和频域同时进行同步［７]。（2)信道估计在OFDM系统中，信道估计器的设计主要有两个问题：一是导频信息的选择，由于信道常常是衰落信道,需要不断对信道进行跟踪,因此导频信息也必须不断的发送；二是复杂度较低和导频跟踪能力良好的信道估计器的设计。在实际设计中，导频信息的选择和最佳估计器的设计通常又是互相关联的,因为估计器的性能与导频信息的传输方式有关。（3)信道编码和交织.为了提高数字通信系统的性能，信道编码和交织是普遍采用的方法。对于衰落信道衰落中的随机错误，可以采用信道编码；对于衰落信道中的突发错误,可以采用交织技术。实际应用中，通常同时采用信道编码和交织,进一步改善整个系统的性能。在ＯFDＭ系统中，如果信道衰落不是太严重,均衡是无法再利用信道的分集特性来改善系统性能的,因为ＯFDM系统自身已经具有利用信道分集特性的能力。但是,OＦDM系统的结构却为在子载波间进行编码提供了机会，形成COＦＤM方式。编码可以采用各种码,例如分组码、卷积码等,其中卷积码的效果要比分组码好［12]。(4）降低峰值平均功率比由于ＯＦDM信号在时域上表现为N个正交子载波信号的叠加,当这N个信号恰好均以峰值相加时，ＯＦDＭ信号也将产生最大峰值，该峰值功率是平均功率的N倍。尽管峰值功率出现的概率较低，但为了不失真地传输这些高ＰＡPR的OFDＭ信号，发送端对高功率放大器(ＨPA)的线性度要求很高,从而导致发送效率极低，接收端对前端放大器以及A/D变换器的线性度要求也很高。因此，高ＰAPR使得OFDM系统的性能大大下降甚至直接影响实际应用。为了解决这一问题，人们提出了基于信号畸变技术、信号扰码技术和基于信号空间扩展等降低ＯＦＤM系统PＡPR的方法[9］。（５）均衡在一般的衰落环境下，OFＤＭ系统中均衡不是有效改善系统性能的方法。因为均衡的实质是补偿多径信道引起的码间干扰,而OFDM技术本身已经利用了多径信道的分集特性，因此,在一般情况下，ＯFDＭ系统就不必再做均衡了。在高度散射的信道中,信道记忆长度很长,循环前缀的长度必须很长，才能够使ISI尽量不出现。但是,CP长度过长必然导致能量大量损失，尤其对子载波个数不是很大的系统。这时，可以考虑加均衡器以使ＣP的长度适当减小，即通过增加系统的复杂性换取系统频带利用率的提高。（６)自适应技术采用OＦDＭ技术的好处是可以根据信道的频率选择性衰落情况动态地调整每个子载波上的信息比特率和发送功率，从而优化系统性能,称为自适应比特和功率分配，在许多文献中也称为自适应调制技术。在多用户情况下,如何为每个用户最优的分配系统资源，从而使系统的发送功率最低或者是系统的传输速率最高，是一个非常复杂的问题。在ＯＦDM系统中使用自适应技术,还应考虑频率分组、时间间隔、信道总延迟和信道估计误差等因素,其中信道估计误差对性能的影响较大[1２］。1.3．4OFDM系统的优点及缺点（1)主要优点a.带宽利用率很高在传统的并行传输系统中,整个带宽经分割后被送到子信道中，各子信道频带之间严格分离,接收端通过带通滤波器滤除带外的信号来接收每个子信道上的数据，这种方法最大的缺点是频谱利用率很低，造成频谱浪费。所以,人们提出了频谱可以重叠的多载波系统。在OFＤＭ系统中各个子信道的载波相互正交，它们的频谱相互重叠，这样不但减小了子载波间的相互干扰,同时又提高了频谱利用率。可以证明,当子载波个数足够大时,系统的频带利用率可达2Baud／Ｈｚ。b.可以采用快速离散傅里叶变换技术(ＤFT)实现调制和解调在发送端采用了快速傅里叶反变换（IFＦT),把频域的调制数据转化为时域的信号发送出去。在接收端，通过快速傅里叶变换(FFT)把接收到的时域信号转化为频域信号,然后进行判决解调，恢复频域的调制信息。采用DFT技术大大降低了OFDM的实现复杂性，原先ＯＦDM的实现需要多个调制解调器，电路十分复杂,采用ＤＦＴ技术，可以快速的实现调制与解调,而且电路也变得十分简单。近年来，随着数字信号技术的迅速发展,许多ＤSＰ芯片的运算能力越来越快,更进一步推动了ＯFDM技术的发展。c.可以有效的对抗符号间干扰和突发噪声OＦDＭ系统采用多个正交的子载波并行传输数据，原先速率很高的数据流经过串并变换后，调制到各个子载波上进行并发传输，这样在每一路上的数据速率大大降低了,那么在衰落信道中所受到的IＳＩ干扰就相对小多了。此外,OFＤM采用了添加保护间隔的方法,即复制ＯFDM符号中最后面的样点到最前面，这样可以有效的抵抗多径衰落的影响,适用于多径环境和衰落信道中的高速数据传输。当信道中因为多径传输而出现频率选择性衰落时,只有落在频带凹陷处的子载波以及其携带的信息受影响，其他的子载波未受损害,因此系统总的误码率性能要好得多。OＦＤM技术抗窄带干扰性很强，因为这些干扰仅仅影响到很小一部分的子信道。d.可采用联合编码技术,使系统具有很强的抗衰落能力通过对各个子载波的联合编码,具有很强的抗衰落能力。OFDM技术本身已经利用了信道的频率分集，如果衰落不是特别严重，就没有必要再加时域均衡器。通过将各个信道联合编码，则可以使系统性能得到提高[１0］。e.支持动态比特分配方法由于无线信道存在频率选择性,不可能所有的子载波都同时处于比较深的衰落情况中,因此可以通过动态比特分配以及动态子信道分配的方法，充分利用信噪比比较高的子信道,从而提高系统的性能。ｆ.可与多种接入方式结合使用OFDM系统可以容易与其他多种接入方法结合使用，构成OFDＭA系统,其中包括多载波码分多址MC-CDMA、跳频OFＤM以及ＯＦDM－TDＭA等等,使得多个用户可以同时利用ＯFDM技术进行信息的传递。（2）缺点ａ.OＦDM对系统定时和频率偏移敏感定时偏差会引起子载波HYPＥRLINＫ""相位的旋转,如图所示,而且相位旋转角度与子载波的频率有关，频率越高，旋转角度越大，如果定时的偏移量与最大时延扩展的长度之和仍小于循环前缀的长度,此时子载波之间的正交性仍然成立,没有ＩSＩ和IＣI(信道间干扰）,对解调出来的数据信息符号的影响只是一个相位的旋转。如果定时的偏移量与最大时延扩展的长度之和大于循环前缀的长度，这时一部分数据信息丢失了，而且最为严重的是子载波之间的正交性破坏了,由此带来了ISI和IＣI，这是影响系统性能的关键问题之一。频率偏差是由收发设备的本地载频之间的偏差、信道的多普勒频移等引起的,由子载波间隔的整数倍和子载波间隔的小数倍偏移构成。子载波间隔整数倍不会引起ＩCI，但是解调出来的信息符号的错误率为5０%，子载波间隔的小数倍的偏移由于抽样点不在顶点,如图9所示,破坏了子载波之间的正交性由此引起了ICI。ｂ.存在较高的峰值平均功率比OFDM多载波系统的输出是多个子信道信号的叠加,因此如果多个信号相位一致时，所得的叠加信号的瞬时功率会远远高于信号的平均功率。因此可能带来信号畸变,使信号的频谱发生变化，子信道间正交性遭到破坏，产生干扰。1.4MAＴＬAＢ特点与功能ＭATLAB自1984年由MATHWORＫＳ公司推出,历经十几年的发展和竞争，现已逐步风靡世界。可靠的数值和符号运算能力，简单易学的符号语言，强大的图形和可视化的功能以及为数众多的应用工具包是ＭATＬAB区别于其他科技应用软件的显著特点。下面分别予以简单的说明。（1）数值和符号的计算功能MＡTＬAB的数值计算功能包括：矩阵的创建和保存；数值矩阵代数,乘方运算和分解;数组运算;矩阵操作；多项式和有理分式的运算；数据统计分析，差分和数值倒数;用于求积分,优化和微分方程数值解的功能函数等。在实际研究中，除了数值计算以外，往往要得到问题的解析解,这是符号计算的领域。符号计算有两个特点:符号解和任意精度的数值解。MAＴLＡＢ的符号计算功能借助于符号工具包来实现，包括各种运算的功能。(2)ＭAＴＬAB语言除了指令行操作的直接交互方式外，ＭATＬAB作为高级应用软件有它自己的编程语言。MATＬＡＢ的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学，工程中常用的习惯形式十分相似,简单易学。用ＭATＬＡB求解问题要比用C,FORTＲAN等计算机高级语言简洁的多。ＭAＴＬAB与其它高级语言的关系仿佛高级语言与汇编语言的关系一样,尽管它的执行效率比其它的高级语言低,但是其编程效率，程序的可读性,可移植性要远高于它们。使用MＡＴLAB可以很容易的实现FＯRTＲAN语言的几乎全部功能。包括MS-WINDOWＳ图形界面的设计功能,MAＴＬAＢ简单易用的特点还表现在它是一种解释性的语言，由于免去了编译过程,程序的编制,修改，运行和调试都是极为方便的。当前,MATＬAＢ已不仅仅是一个矩阵实验室了,而已经成为一种具有广泛应用前景的全新的计算机高级编程语言。MAＴHWＯRＫＳ公司也提供了将MATLAB源程序编译为独立于MＡTＬＡＢ集成环境去运行的ＥXE文件，以及转化为C语言源程序的编译器。(3)图形的可视化功能图形和可视化功能是现代应用软件发展的主要方向,利用MATLAB可以轻而易举地绘制二维,三维曲线，三维曲面，并可以进行图形和坐标的标志,坐标控制,图形的叠绘，视角和光照设计,色彩精细绘制等等。另外还可以非常方便地完成动画的绘制工作。除此以外,MＡTLAＢ还提供了对图形对象和图形句柄进行操作的底层指令，使用户可以随心所欲地进行各种操作，为用户在图形表现和可视化方面开拓了一个广阔的，没有丝毫束缚的空间［14]。

2ＯFDM系统的基本原理2.1OFDＭ技术原理正交频分复用（OFDＭ）技术与已经普遍应用的频分复用(FDM，ＦreｑuｅnｃyDｉvisionMｕltiｐlexing)技术十分相似。与FDM基本原理相同,OFＤM把高速的数据流通过串/并变换，分配到速率相对较低的若干个频率子信道中进行传输，不同的是，OＦＤＭ技术更好地利用了控制方法,使频谱利用率有所提高。图2．1.１常规频分复用与ＯFＤM在信道上的分配OＦDM是一种特殊的多载波传输方案,它可以被看作是一种调制技术，也可以被当作是一种复用技术。多载波传输吧数据流分解成若干子比特流，这样每个子数据流将具有低得多的比特速率,用这样的低比特率形成低速率多状态符号再去调制相应的子载波，就构成多个低速率符号并行发送的传输系统。正交频分复用是对多载波调制(ＭＣM）的一种改进。其特点为各子载波相互正交，扩频调制后的频谱相互重叠，不但减小了子载波间的相互干扰，还大大提高了频谱利用率。选择OＦDＭ的一个主要原因在于该系统能很好的对抗频率选择性衰落和窄带干扰。OFＤM技术的主要思想是将指配的信道分成许多正交子信道,在每个子信道上进行窄带调制和传输,信号带宽小于信道的相关带宽。OＦDＭ单个用户的信息流被串／并变换为多个低速率码流（10０Hz-50kHz）,每个码流用一条载波发送。OFＤM采用跳频方式选用即便频谱混叠也能保持正交的波形，所以ＯFＤM既有调制技术,也有复用技术。ＯFＤM增强了抗频率选择性衰落和抗窄