OFDM系统中保护间隔参数的分析与优化.doc

OFDM系统中保护间隔参数的分析与优化【摘要】：由于正交频分复用技术具有高数据速率及抗多径干扰的能力，近年来被许多无线系统特别是无线局域网标准(WLANs)所采用。本文阐述了编码正交频分复用系统(COFDM)的基本原理，重点分析了保护间隔(GI)对系统性能的影响。同时就保护间隔(GI)参数对解决接收端产生干扰问题的作用进行了讨论。由于在发送端插入保护间隔，会增大OFDM传输块的周期，而在接收端则要去除此保护间隔，于是会产生能量损耗。另一方面，如果不加足够的保护间隔，就不能超越信道的最大时延宽度，将会发生符号间串扰(ISI)的问题。本文在采用QPSK调制的多径衰落加性高斯白噪声信道中，就不同的保护间隔(GI)、最大时延扩展及信噪比对误码率(BER)的影响进行了一系列仿真，结果显示最佳保护间隔(GIopt)近似等于最大时延扩展。这一结果同时也采用遗传算法(GA)进行了验证，通过遗传算法选取最佳保护间隔(GIopt)参数，可以获得基于多径衰落加性高斯白噪声信道的COFDM系统的最小系统性能降低。这一结果也显示采用遗传算法(GA)比其它方法更快捷、更实用。本文在以下几个方面进行了一些具有创新性的研究工作：1、采用误码率(BER)仿真以分析在采用QPSK调制的多径衰落加性高斯白噪声信道中，不同的保护间隔(GI)、最大时延扩展及信噪比对系统性能影响的程度。而此前传统的方法大都采用干扰信号功率(PI)为参数进行仿真。2、本文首次采用遗传算法(GA)选取最佳保护间隔(GIopt)参数，从而获得基于多径衰落加性高斯白噪声信道的COFDM系统的最小系统性能降低。3、本文提出了一种具有可变保护间隔(VGI)的COFDM新方法，以改善时变多径信道的误码率性能。4、本文基于指数信道模型(系IEEE802.11WLAN协议中推荐)，对COFDM系统的误码率性能进行了仿真，结果显示具有可变保护间隔(VGI)的系统比传统采用固定长度保护间隔的系统能提供更好的性能。【关键词】：【学位授予单位】：华东师范大学【学位级别】：博士【学位授予年份】：2004【分类号】：TN925.93【目录】：英文摘要5-9Contents9-13Abbreviations13-16ListofFigures16-19ListofTables19-201Introduction20-2511OutlineoftheThesis20-2212Contributions2213PublishedPapers22-252PropagationCharacteristicsofMobileRadioChannels25-3321InterferenceandMultipathFading25-2922DopplerShift29-3023WidebandandNarrowbandWirelessTransmission30-3224Summary32-333PrincipalConceptsofOFDMSystem33-5931Introduction33-51311SerialtoParallelConversion36312OrthogonalSubcarriers36-40313ModulationFormats40-473131SignalCharacteristicstoModify40-413132In-phaseandQuadratureChannels41-423133IandQinaRadioTransmitterandReceiver42-433134DigitalModulationTypes43-4631341PhaseShiftKeying（PSK）43-4431342FrequencyShiftKeying（FSK）4431343QuadratureAmplitudeModulation（QAM）44-463135TheoreticalBandwidthEfficiencyLimits46-47314DiscreteFourierTransformandOFDM47-48315ForwardErrorCorrectionandCodedOFDM（COFDM）48-513151ForwardErrorCorrection48-503152Interleaving50-5132TheCOFDMTransmitter51-5333ChannelModel53-5434TheOFDMReceiver54-5535GuardInterval55-58351Definition55-56352GuardIntervalTypes56-57353EliminationofbyISIGuardInterval57-5836Summary58-594COFDMModelandSimulationResults59-7341COFDMModelUsed59-65411AWGNChannel59-60412RayleighFadingChannel60-64413APilotSymbolAidedandChannelEstimation64-6542Simulationresults65-72421GuardIntervalEffect66-68422DelaySpreadEffect68-70423GuardIntervalandDelaySpreadDependence70424SNREffect70-7243Summary72-735GuardIntervalOptimizationUsingGeneticAlgorithm73-9151Introduction73-7552GeneticAlgorithmElements75-80521PopulationRepresentationandInitialization75-76522TheObjectiveandFitnessFunctions76-77523Selection77524Crossover77-78525Mutation78-79526Reinsertion79-80527TerminationoftheGA8053TheGAOperation80-90531GAOperators81-845311Chromosomes81-825312Phenotypes825313ObjectiveFunctionValues82-835314FitnessFunction83-845315Selection845316CrossoverandMutation845317Termination84532SimulationResults84-905321AWGNand2-pathRayleighFadingChannels84-875322AWGNandExponentially-DecayingMultipathRayleighFadingChannel87-895323MeasurementofSimulationSpeed89-9054Summary90-916TheProposedConceptofCOFDM91-11161ProposedCOFDMSystemwithaVGI9162ProposedConcept91-9363DelaySpreadEstimator93-9564FrequencySelectivityandDelaySpreadEstimation95-100641FrequencyCorrelationEstimation95-96642DelaySpreadEstimation96-99643CalculationofRMSDelaySpreadandCoherenceBandwidth99-10065ChannelModel100-10366TheDataModel103-10567SimulationResults105-109671SignaltoNoiseRatioEffect105-107672Maximum