OFDM在4G中的应用

首先，把第三章放在第一章里2.正交频分复用正交频分复用的背景其次，OFDM将第二章分为两章，即原理章和关键技术及特点章。的原理、关键技术和特点.4正交频分复用的基本原理.4(2)正交频分复用系统的组成和主要功能模块5(3)正交频分复用6的关键技术1同步技术.62峰均功率比分辨率(PARP) 73训练序列以及导频和信道估计技术.8(4)不同类型的正交频分复用1伏正交频分复用.92W-正交频分复用.93个正交频分复用.94多输入多输出正交频分复用.105多频带正交频分复用.10把这部分放在最后一章。(5)正交频分复用10的特性1.正交频分复用技术的优势102.正交频分复用技术的缺陷11第三和第四代通信技术12(1) 4G发展背景12(2) 4G系统网络结构14(3) 4G关键技术141.正交频分复用.152.智能天线和多输入多输出天线技术153.软件无线电技术16(4)第四代通信技术的特点171.主要优势172.现有缺陷19(5)第四代通信技术的发展前景21第四章是最后一章。正交频分复用在4G中的应用及研究方向该文件建议：在编写原理部分时，需要编写正交频分复用的信号模型、系统模型的表达式(调制解调模型)和框图。正交频分复用的重点和难点：同步技术、峰均比技术等应该尽可能写得更详细。在最后一章中，还可以包括WIMAX、OFDMA和其他技术。正交频分复用OFAM在4G中的应用前言近年来，移动通信技术发展迅速，经历了三个主要发展阶段。每一代人的发展都是技术突破和概念创新。第一代起源于20世纪80年代，主要使用模拟和频分多址(FDMA)技术。第二代(2G)起源于20世纪90年代初，主要使用时分多址(时分多址)和码分多址(码分多址)技术。第三代移动通信系统(3G)可以提供更宽的频带，不仅传输语音，还传输高速数据，从而提供快速和方便的无线应用。然而，第三代移动通信系统仍然是基于不同地面标准的区域通信系统。虽然它的传输速率可以达到2 Mb/s，但仍不能满足多媒体通信的要求。因此，第四代移动通信系统(4G)的研究应运而生。第四代移动通信系统的关键技术包括信道传输。高速接入技术、抗干扰能力强的调制和信息传输技术；高性能、小型化、低成本的自适应阵列智能天线：大容量、低成本的无线接口和光接口；系统管理资源；软件无线电、网络结构协议等。移动通信信道的突出特点之一是信道具有多径时延扩展，这限制了数据速率的提高，因为如果数据速率高于信道的相干带宽，信号将产生严重的失真，信号传输质量将大大降低。然而，由于其频谱利用率高、抗多径干扰能力强、抗频率选择性衰落和频率扩散能力强，正交频分复用技术是高速数据传输的潜在解决方案。因此，正交频分复用技术已经基本被认为是4G的核心技术之一。一、正交频分复用正交频分复用的背景正交频分复用正交频分复用(OFDM)是一种多载波并行传输系统，通过延长传输符号的周期来增强其抗回波的能力。与传统均衡器相比，它具有结构简单、成本大大降低、实际应用非常灵活的特点。它是一种潜在的高速数字通信技术。正交频分复用的概念是在20世纪50年代和60年代提出的，并于1970年发表了正交频分复用专利。其基本思想是通过使用频分复用(FDM)方法并行传输数据，该方法允许子信道频谱重叠但不相互影响。它主要用于军用无线高频通信系统。然而，传统的FDM(频分复用)理论将带宽分成几个子信道，保护频带在中间以减少干扰，并且它们同时发送数据。例如，有线电视系统和模拟无线广播等。接收器必须调谐到相应的频率。然而，正交频分复用系统比传统的FDM系统需要更少的带宽。由于使用了无干扰正交载波技术，因此不需要保护单个载波之间的频带，这使得可用频谱的使用效率更高。此外，正交频分复用技术可以在子信道上动态分配数据。为了获得最大的数据吞吐量，多载波调制器可以智能地将更多的数据分配给低噪声的子信道。传统的正交频分复用系统结构非常复杂，限制了它的进一步推广。直到20世纪70年代，离散傅里叶变换/IDFT(离散傅里叶变换/逆离散傅里叶变换)才被提出来实现多载波调制，简化了系统结构，使正交频分复用技术更加实用。自20世纪80年代以来，正交频分复用调制技术再次成为研究热点。例如，在有线信道的研究中，Hirosaki成功地测试了DFT于1981年完成的正交频分复用调制技术，以及具有16QAM多路复用和19.2千比特/秒并行传输的电话线调制解调器进入20世纪90年代后，正交频分复用的应用涉及各种通信系统，如高速数据通信、陆地移动通信、高速数字用户环路(HDSL)、非对称数字用户环路(ADSL)、超高速数字用户环路(VHDSL)、数字音频广播(DAB)、高清数字电视(HDTV)、陆地广播等。使用移动调频和单边带信道。近年来，随着数字信号处理技术的快速发展和高速高性能数字信号处理芯片的成功开发，移动通信技术经历了从基于频分多址(FDMA)的模拟技术到基于时分多址(时分多址)和码分多址(码分多址)的数字技术的三个主要发展阶段。第三代移动通信系统(3G)可以提供更宽的频带和更高的数据传输，从而提供快速和方便的无线应用。然而，第三代移动通信系统仍然不能满足多媒体通信的要求。因此，人们需要找到更先进的移动通信方法来提高数据传输速率。要求在保证服务质量的前提下，通信速率在正常情况下可以达到50-100 Mb/s，在极端恶劣的情况下可以达到6Mb/s。因此，第四代移动通信系统(4G)的研究应运而生。到目前为止，人们还不能准确定义4G通信。有人说4G通信的概念来自其他无线服务技术，从无线应用协议、全球口袋无线服务到3G。有人说4G通信是2010年以后的研究课题。4G通信是系统中的一个系统，可以利用各种无线技术。然而，不管人们如何定义4G通信，有一点我们可以肯定，4G通信将是一个比3G通信更完美的新无线世界，它将创造许多消费者无法想象的应用。他利用网格编码技术、软判决、信道自适应技术、正交频分复用技术和多输入多输出技术来对抗无线信道对信号的干扰，提高信号的传输速率。其中，正交频分复用技术具有网络结构高度可扩展、抗噪声性能好、抗多信道干扰能力强的特点，能够提供比现有无线数据技术更高质量(高速率和小延迟)的服务和更好的性价比，能够为4G无线网络提供更好的方案。例如，无线区域环路(WLL)、数字音频广播(DAB)等。将全部采用正交频分复用技术。因此，作为4G核心技术的正交频分复用技术已经成为共识。二、正交频分复用的原理、关键技术和特点(一)正交频分复用的基本原理(梳正交频分复用在英语中被称为正交频分复用，在汉语中是指正交频分复用。正交频分复用技术属于多载波调制技术，是一种无线环境下的高速传输技术。无线信道的频率响应曲线通常是不平坦的，而正交频分复用技术的主要思想是在频域中将给定的信道分成许多正交的子信道，用一个子载波调制每个子信道，并并行发送每个子载波。以这种方式，每个链路可以被独立地调制，使得系统可以容易地同时适应多种混合调制模式，无论是在上行链路还是下行链路。因此，虽然整个信道是非平坦的并且具有频率选择性，但是每个子信道相对平坦，并且在每个子信道上进行窄带传输，并且信号带宽小于信道的相应带宽，因此可以极大地消除信号波形之间的干扰。在正交频分复用系统中，由于每个子信道的载波相互正交，所以它们的频谱相互重叠，这不仅减少了子载波之间的相互干扰，而且提高了频谱利用率。由于这种技术具有在杂波干扰下传输信号的能力，因此通常用于容易受到外部干扰或对外部干扰抵抗力差的传输环境中。引入正交频分复用技术是为了提高载波的频谱利用率或改善多载波的调制。其特点是子载波相互正交，这样扩频调制的频谱可以相互重叠，从而减少子载波之间的相互干扰。在对每个载波进行调制之后，为了提高数据吞吐量和数据传输速度，它还采用了一种称为HomePlug的处理技术，将所有要传输的载波与数据信号位合并，将多个单独的信号组合成一个独立的传输信号进行传输。此外，正交频分复用引起了人们的广泛关注，其中一个重要的原因是它可以用离散傅里叶逆变换/离散傅里叶逆变换(DFT/IDFT)来代替多载波调制和解调。目前，用数字信号处理器或可编程门阵列实现离散傅立叶变换/IDFT的技术已经非常成熟和方便。正交子载波可以使载波重叠而不会由于重叠而失真。正交子载波可以通过离散傅立叶变换获得(在实际应用中，使用快速傅立叶变换)。在接收端，在解调正交频分复用符号的过程中，需要计算对应于这些点的每个子载波频率的最大值，因为所有其他子载波的频谱值在每个子载波频率的最大值处正好是0，所以每个子信道符号可以从多个重叠的子信道符号中提取，而不受其他子信道的干扰。因此，使用正交子载波技术可以节省宝贵的频率资源，如图2和3所示。图2传统的频分复用(FDM)多载波技术图3 OFDM多载波调制技术(2)正交频分复用系统的组成和主要功能模块OFDM系统的组成如图1所示。更多细节。引导信件寄放不对称映射透射滤波器信函来源符号隐式投影字符串并行转换代码交织插入飞行员IFFT插入保护间隔并行到串行转换DA透射滤波器去交织解码并行/串行转换信道均衡频率序列补偿去飞行员去保护间隔字符串并行转换AD快速傅里叶变换图1正交频分复用系统的组成根据正交频分复用数据处理流程，正交频分复用系统的结构可分为编码器、交织器、调制映射、串并转换器、副载波调制器、循环前缀、接收部分的数模转换和去循环前缀、时间和频率同步器、副载波解调器、并串转换器、解调映射、去交织、VB解码器等功能模块。正交频分复用系统结构中各部分的功能简述如下。(1)编码器：卷积纠错码、里德-所罗门码、维特比码、TURBO码等。用于信道编码；(2)交织器：交织器用于减少数据信道中的突发错误，分散丢失的比特，达到降低误码率的目的；(3)调制映射：将符号映射到相应的星座点。这个过程生成智商值，然后将这些值发送到缓冲区进行存储(5)子载波调制器：IFFT快速有效地应用离散傅立叶变换函数来生成正交载波用于正交频分复用传输。正交频分复用的核心是IFFT。IFFT将每个子信道调制到一个高精度的正交载波上，信道化的数据被注入到并行到串行的缓冲器中，串行数据通过添加循环前缀和数模转换器被转换成传输准备。(6)循环前缀：循环前缀为单个的正交频分复用符号创建一个保护带，这可以大大降低码间干扰；信噪比边缘损失；(7)时间频率同步器：确定接收系统中正交频分复用块有用数据信息的起始时间，以保持接收机和发射机的采样时钟频率一致，克服频率偏差；(8)VB解码器：属于概率解码。它用于将接收的卷积纠错编码序列与所有可能的传输序列进行比较，并选择距离最小的序列作为传输序列。(3)正交频分复用的关键技术1同步技术在正交频分复用系统中，n个符号的并行传输会使符号持续时间变长，因此对时间偏差不敏感。对于无线通信来说，无线信道是时变的，传输中的频偏会破坏正交频分复用系统中子载波之间的正交性，相位噪声也会对系统造成很大的损害。由于发送端和接收端之间的采样时钟偏差，每个信号样本都会在一定程度上偏离其正确的采样时间。这个偏差随着样本数量的增加而线性增加。虽然时间偏差破坏了子载波之间的正交性，但通常可以忽略不计。当可以校正采样误差时，可以使用插值滤波器来控制正确的采样时间。相位噪声有两个基本影响。一种是将随机相位变量引入所有子载波。跟踪技术和差分检测可以用来减少公共相位误差的影响。另一种是引入一定量的信道间干扰(ICI)，因为相位误差导致子载波间隔不再精确到1/T。载波频率的偏移会导致子信道之间的干扰。正交频分复用系统的输出信号是多个相互覆盖的子信道的叠加，它们之间的正交性有严格的要求。无线信道时间变化的一个具体表现是多普勒频移，它与载波频率和移动台移动速度成正比。多普勒展宽将导致频率色散和信号失真。在频域中，信号失真将随着传输信道多普勒扩展的增加而增加。因此，对于要求子载波严格同步的正交频分复用系统，载波频率偏移的影响将更加严重。如果不采取措施来克服这种信道间干扰，系统的性能将难以提高。正交频分复用中的同步通常包括三个方面：(1)帧检测，(2)载波频率偏差和校正，以及(3)采样偏差和校正。由于同步是OFDM技术中的一个难点，许多人也提出了许多OFDM同步算法，主要针对循环扩展、特殊训练序列和导频信号。其中，最常用的是ESPRIT同步算法和奇异值分解的最大似然估计算法。尽管ESPRIT算法具有较高的估计精度，但它复杂且需要大量的计算。最大似然算法利用正交频分复用信号的循环前缀，可以有效地对正交频分复用信号进行频偏和时间偏移的联合估计，其计算量远小于ESPRIT算法。OFDM技术的同步算法研究很多，根据具体的系统设计和研究，使用