通信原理学习报告

1 / 14通信原理学习报告通信原理课外学习报告基于 OFDM 技术的的理论研究OFDM 技术简介OFDM 技术是一种多载波调制技术，最初用于军事通信，由于采用 DFT 实现多载波调制，同时 LSI 的发展解决了 IFFT/FFT 的实现问题以及其他关键技术的突破，OFDM 开始向诸多领域的实际应用转化，现在成为一种很有发展前途的调制技术。OFDM 是一种高速数据传输技术，该技术的基本原理是将高速串行数据变换成多路相对低速的并行数据并对不同的载波进行调制。这种并行传输体制大大扩展了符号的脉冲宽度，提高了抗多径衰落等恶劣传输条件的性能。传统的频分复用方法中各个子载波的频谱是互不重叠的，需要使用大量的发送滤波器和接受滤波器，这样就大大增加了系统的复杂度和成本。同时，为了减小各个子载波间的相互串扰，各子载波间必须保持足够的频率间隔，这样会降低系统的频率利用率。而现代 OFDM 系统采用数字信号处理技术，各子载波的产生和接收都由数字信号处理算法完成，极大地简化了系统的结构。同时为了提高频谱利用率，使各子载波上的频谱相互重叠，但这些频谱在整个符号周期内满足正交性，从而保证接收端能够不失真地复原信号。2 / 14当传输信道中出现多径传播时，接收子载波间的正交性就会被破坏，使得每个子载波上的前后传输符号间以及各个子载波间发生相互干扰。为解决这个问题，在每个OFDM 传输信号前面插入一个保护间隔，它是由 OFDM 信号进行周期扩展得到的。只要多径时延超过保护间隔，子载波间的正交性就不会被破坏。OFDM 技术特点OFDM 尽管还是一种频分复用，但已完全不同于过去的 FDM, OFDM 的接收机实际上是通过 FFT 来实现的一组解调器。它将不同载波搬移至零频，然后在一个码元周期内积分，其他载波信号由于与所积分的信号正交，因此不会对信息的提取产生影响。OFDM 的数据速率也与子载波的数量有关。OFDM 每个载波所使用的调制方法可以不同。各个载波能够根据信道状况的不同选择不同的调制方式， 比如BPSK,QPSK,8PSK,16QAM ,64QAM 等，以取得频谱利用率和误码率之间的最佳平衡为原则，通过选择满足一定误码率的最佳调制方式就可以获得最大频谱效率。无线多径信道的频率选择性衰落会导致接收信号功率大幅下降，经常会达到 30dB 之多，信噪比也随之大幅下降。为了提高频谱利用率，应该使用与信噪比相匹配的调制方式。可靠性是通信系统正常运行的基本考核指标，所以很多通信系统都倾向3 / 14于选择 BPSK 或 QPSK 调制，以确保在信道最坏条件下的信噪比满足要求，但是这两种调制方式的频谱效率很低。OFDM 技术使用了自适应调制，可以根据信道条件来选择使用不同的调制方式。比如在终端靠近基站时，信道条件一般会比较好，调制方式就可以由 BPSK 转换成 1664QAM，整个系统的频谱利用率就会得到大幅度的改善。自适应调制能够扩大系统容量，但它要求信号必需包含一定的开销比特，以告知接收端发射信号所应采用的调制方式。终端还须定期更新调制信息，这也会增加开销比特。OFDM 还采用了功率控制与自适应调制相协调的工作方式。信道条件好的时候，发射功率不变就可以采用高调制方式，或者在低调制方式时降低发射功率。如果在差的信道上使用较高的调制方式，就会产生很高的误码率，影响系统的可用性。自适应调制要求系统必须对信道的性能有及时和准确的了解，OFDM 系统可以用导频信号或参考码字来测试信道的好坏，发送一个已知数据的码字，测出每条信道的信噪比，根据这个信噪比来确定最适合的调制方式。实现 OFDM 的关键技术包括：同步技术、 降低PAPR 技术、信道估计与均衡、 信道编码与交织等。2. OFDM 技术的发展及现状4 / 14正交频分复用是一种把高速率的串行数据通过频分复用来实现并行传输的多载波传输技术，其思想早在 20 世纪 60 年代就己经提出了，但由于并行传输系统需要基带成形捧波器阵列，正弦波载波发生器阵列及相干解调阵列，采用传统的模拟的方法实现是相当复杂的、昂贵的，因而早期并没有得到实际应用。1971 年，Weistein 和 Ebert 提出了用离散傅立叶变换来实现多载波调制，人们开始研究并行传输的多载波系统的数字化实现方法，将 DFT 运用到OFDM 的调制解调中，为 OFDM 的实用化奠定了基础，大大简化了多载波技术的实现。运用 DFT 实现的 OFDM 系统的发送端不需要多套的正弦发生器，而接收端也不需要用多个带通滤波器来检测各路子载波，但由于当时的数字信号处理技术的限制，OFDM 技术并没有得到广泛应用。80 年代，人们对多载波调制在高速调制解调器、数字移动通信等领域中的应用进行了较为深入的研究，首先分析了 OFDM 在移动通信中应用中存在的问题和解决方法，从此以后，OFDM 在无线移动通信领域中的应用得到了迅猛的发展。近年来，由于数字信号处理技术 和大规模集成电路 CPLD 技术的飞速发展，使得当载波数目高达几千时也可以通过专用芯片来实现其 DFT 变换，大大推动了 OFDM 技术在无线通信环境中的实用化，OFDM 技术在高速数据传输领域受到了人们的广泛关注。OFDM 已经成功的应用于数字音5 / 14频广播系统 、数字视频广播系统、无线电局域网，非对称数字用户环路 ADSL 等系统中。1995 年，欧洲电信标准协会首次提出 DAB 标准，这是第一个采用OFDM 的标准5。1999 年 12 月， 一个工作在 5GHz 的无线局域网标准，其中采用了 OFDM 调制技术作为其物理层标准，欧洲电信标准协会的宽带射频接入网的局域网标准也采用OFDM 技术。在我国，信息产业部无线电管理局也于 2001年 8 月 31 日批准了中国网通开展 OFDM 固定无线接入系统CelerFlex 的试验，该系统目前己经开通 ，并进行了必要的测试和业务演示。目前，人们开始集中精力研究和开发 OFDM 在无线移动通信领域的应用，并将 OFDM 技术与多种多址技术相结合。此外，OFDM 技术还易于结合空时编码以及智能天线等技术，最大程度提高物理层信息传输的可靠性。正因为 OFDM 系统具有如此美好的前景和下一代移动通信的要求，所以，研究 OFDM 系统中的同步、信道估计和峰平比等关键技术就显得非常重要。OFDM 基本原理简介在高速移动环境中，由于发射机和接收机两端振荡器器件的不稳定和多普勒效应导致了载波频率发生偏移;同时由于多径现象以及各种噪声干扰等导致了定时偏移。因此，需要进行时间同步和频率同步，以实现系统的良好性6 / 14能。OFDM 是一种高速数据传输技术，该技术的基本原理是将高速串行数据变换成多路相对低速的并行数据并对不同的载波进行调制。这种并行传输体制大大扩展了符号的脉冲宽度，提高了抗多径衰落等恶劣传输条件的性能。传统的频分复用方法中各个子载波的频谱是互不重叠的，需要使用大量的发送滤波器和接受滤波器，这样就大大增加了系统的复杂度和成本。同时，为了减小各个子载波间的相互串扰，各子载波间必须保持足够的频率间隔，这样会降低系统的频率利用率。而现代 OFDM 系统采用数字信号处理技术，各子载波的产生和接收都由数字信号处理算法完成，极大地简化了系统的结构。同时为了提高频谱利用率，使各子载波上的频谱相互重叠，但这些频谱在整个符号周期内满足正交性，从而保证接收端能够不失真地复原信号。当传输信道中出现多径传播时，接收子载波间的正交性就会被破坏，使得每个子载波上的前后传输符号间以及各个子载波间发生相互干扰。为解决这个问题，在每个 OFDM 传输信号前面插入一个保护间隔，它是由 OFDM 信号进行周期扩展得 到的。只要多径时延超过保护间隔，子载波间的正交性就不会被破坏。OFDM 的算法理论与基本系统结构由上面的原理分析可知，若要实现 OFDM，需要利用7 / 14一组正交的信号作为子载波。我们再以码元周期为 T 的不归零方波作为基带码型，经调制器调制后送入信道传输。OFDM 调制器如图 2 所示。要发送的串行二进制数据经过数据编码器形成了 M 个复数序列，此复数序列经过串并变换器变换后得到码元周期为 T 的 M 路并行码，码型选用不归零方波。用这 M 路并行码调制 M 个子载波来实现频分复用。在接收端也是由这样一组正交信号在一个码元周期内分别与发送信号进行相关运算实现解调，恢复出原始信号。OFDM 解调器如图 3 所示。目 录1、通信原理 . 12、二进制移频键控 . 23、2FSK 的调制与解调仿真 . 6仿真模型图 . 68 / 14参数设置 . 6总结： . 11参考文献： . 121、通信原理通信技术，特别是数字通信技术近年来发展非常迅速，它的应用越来越广泛。通信从本质上来讲就是实现信息传递功能的一门科学技术，它要将大量有用的信息无失真，高效率地进行传输，同时还要在传输过程中将无用信息和有害信息抑制掉。当今的通信不仅要有效地传递信息，而且还有储存、处理、采集及显示等功能，通信已成为信息科学技术的一个重要组成部分。通信系统就是传递信息所需要的一切技术设备和传输媒质的总和，包括信息源、发送设备、信道、接收设备和信宿 ，它的一般模型如图 1-1 所示。信息源?发送设备?信道?接收设备?受信者9 / 14噪声源图 1-1 通信系统一般模型通信系统可分为数字通信系统和模拟通信系统。数字通信系统是利用数字信号来传递消息的通信系统，其模型如图 1-2 所示，信信源源信道数字制器数信信字受 道源信息?编?编?调? ?解?译?译?信码器码器道调器码器码器者噪声源图 1-2 数字通信系统模型模拟通信系统是利用模拟信号来传递消息的通信系统，其模型如图 1-3 所示。信息源?调制器?信道?解调器?受信者?噪声源图 1-3 模拟通信系统模型数字通信系统较模拟通信系统而言，具有抗干扰能力强、便于加密、易于实现集成化、便于与计算机连接等优点。因而，数字通信更能适应对通信技术的越来越高的10 / 14要求。近二十年来，数字通信发展十分迅速，在整个通信领域中所占比重日益增长，在大多数通信系统中已代替模拟通信，成为当代通信系统的主流。在数字基带传输系统中，为了使数字基带信号能够在信道中传输，要求信道应具有低通形式的传输特性。然而，在实际信道中，大多数信道具有带通传输特性，数字基带信号不能直接在这种带通传输特性的信道中传输。必须用数字基带信号对载波进行调制，产生各种已调数字信号。图 1-4 数字调制系统的基本结构数字调制与模拟调制原理是相同的，一般可以采用模拟调制的方法实现数字调制。但是，数字基带信号具有与模拟基带信号不同的特点，其取值是有限的离散状态。这样，可以用载波的某些离散状态来表示数字基带信号的离散状态。基本的三种数字调制方式是：振幅键控、移频键控和移相键控。本章重点论述 2FSK 数字调制系统的原理及其抗噪声性能。2、二进制移频键控在二进制数字调制中,若正弦载波的频率随二进制基带信号在 f1 和 f2 两个频率点间变化,则产生二进制移频键控信号.二进制移频键控信号的时间波形如图 2 -所示,图中波形 g 可分解为波形 e 和波形 f,即二进11 / 14制移频键控信号可以看成是两个不同载波的二进制振幅键控信号的叠加. 若二进制基带信号的 1 符号对应于载波频率 f1,0 符号对应于载波频率 f2,则二进制移频键控信号的时域表达式为?e2FSK?ang?cos?ang?cos?n?n?图 2- 6 二进制移频键控信号的时间波形由图 2 - 6 可看出,bn 是 an 的反码,即若 an=1,则 bn=0, 若 an=0,则 bn=1,于是 bn=an，n 和?n 分别代表第 n 个信号码元的初始相位.在二进制移频键控信号中,?n和 n 不携带信息,通常可令?n 和 n 为零.因此,二进制移频键控信号的时域表达式可简化为二进制移频键控信号的产生,可以采用模拟调频电路来实现,也可以采用数字键控的方法来实现. 图 2- 7 是数字键控法实现二进制移频键控信号的原理图, 图中两个振荡器的输出载波受输入的二进制基带信号控制,在一个码元 Ts 期间输出 f1 或 f2 两个载波之一.二进制移频键控信号的解调方法很多,有模拟鉴频法和数字检测法,有非相干解调方法也有相干解调方法. 采用非相干解调和相干解调两种方法的原理图如图 2 - 8 所12 / 14示. 其解调原理是将二进制移频键控信号分解为上下两路二进制振幅键控信号,分别进行解调,通过对上下两路的抽样值进行比较最终判决出输出信号.非相干解调过程的时间波形如图 2 - 9 所示.通信原理学习心得一学期的通信原理课程结束了，但我对通信原理的学习永远不会结束。经过一个学期的学习我对通信原理有了深刻的认识，我知道这还远远不够，今后的日子里我要更加努力学习通信原理。学习是个艰难的过程，厌烦过，沮丧过，但同时也是充满着激情和快乐的。我想不管干什么都要自信,千万不要轻易的放弃,只要坚持不懈,一定会有结果的。按照我的传统理解，通信就是信息的传输，在当今高度信息化的社会，信息和通信已经成为现代社会的命脉。所以我们要好好学习通信原理，可以预见，未来的通信系统对人们的生活方式和社会的发展将会产生更加重大和意义深远的影响。通信原理是电子、通信、计算机网络专业的一门理论性较强的专业基础课程,课程的重点是通信系统的性质、信号的传输、检测、处理的基本原理和方法以及信号调制，量化，编码，处理和传输的应用。该课程的特点是概念比13 / 14较抽象，分析求解所用的数学知识较多。该课程的难点是理论性较强和比较抽象，然而我的数学基础并不够扎实，因此在数学分析与计算方面是一个难点，还有就是缺乏工程背景，而这门课又结合实际比较多，所以学这门课程并不容易，但我们