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进展的主流,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的巨大进展,目前又有新的技术的消灭,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）为核心技术供应增值服务，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,采纳多种新技术的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意多媒体通信要求，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.纵观通信的进展史，第一代模拟系统仅供应语音服务，不能传输数据;其次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；而我们目前所致力讨论的第四代移动通信系统的数据传输速率可达到10～20Mbiｔ/ｓ。虽然第三代移动通信可以比现有传输速率快上上千倍,但是仍无法满意将来多媒体通信的要求,第四代移动通信系统的提出便是盼望能满意供应更大的频宽要求.关键词:模拟通信数字通信正交频分复用多径干扰ＡｂｓｔｒactYｏu、ｍe、him、ａｌmoｓteverｙｄａｙduｒｉｎgｔhｅcｏmmuniｃatｉon，cｏｍｍｕｎicationinoｕrｌiｖｅsｐlａysaｖｅryiｍｐｏｒtantrole．Mｏmuniｃaｔｉoｎhaｓbecomｅtｈemａｉｎｓtrｅａmofｄeｖｅｌoｐmｅntｃｏｍmunｉcaｔｉｏnｓ,andwiｒeｌeｓｓｃommｕｎicａtiｏｎｓaｎdpｅrsｏnaｌcｏmｍuｎicａｔionsinjuｓtafewyeaｒｓｇonefromａnalｏgｃomｍuｎicatｉｏntodｉｇitａmuｎｉcatioｎ，ＯFDＭtoCDMAｆrｏmｔｈetｒemeｎdｏusdeｖeｌopment，ｔheｅｍｅrgeｎｃeofｎｅｗｔechｎｏlogieｓhavemoｒetｈａntothecoreoｆthｅthｉrdgeneｒａtionCDMＡｍobiｌeｃｏmmｕnicationｔｅcｈnｏloｇyｉsmorｅpeｒfecｔ,ｗeｃallthｅ"fouｒthgｅｎeratioｎmoｂｉｌeｃomｍuniｃationｔechnolｏgy．”ThefourthgenerａtiｏnｍobｉｌecｏmｍuniｃａtionsysteｍpｌａnｓtｏOFDＭ(oｒtｈogoｎalfreｑuencｙdiｖｉsionｍultｉpｌexiｎg）aｓthｅcｏrｅｔechnｏlｏgytoproｖidｅvalue-addeｄseｒvicｅs,broａdｂandapｐliｃatｉｏnsｉthａsgreａtｐｏｔentiａl.Jｉaoｚｈitｈiｒdｇenerａｔｉoｎｍｏbilecｏmmｕniｃａtionsｙｓｔｅｍ,ｕｓiｎgaｖａｒietｙoｆneｗtecｈnoｌogｉes,OFDMhａsahigｈｅｒspectruｍefｆicieｎｃyａｎdgｏｏdａｎti－mｕltｉpａthinｔeｒｆｅｒeｎce，whｉchnotonｌycaｎｉncreasｅtheｓysｔｅmcaｐacｉtｙ，moreｉmｐortantｌy，ｉstｈａｔitcaｎbetterｍeｅttheneｅdsofｍultｉmediａcｏmmuｎｉcationsreｑuiremeｎts，williｎcludevoice，data，viｄｅｏanｄoｔhｅｒmｕlｔｉmeｄiaservｉｃeｓtｈrｏuｇhｌaｒgeaｍoｕｎｔsｏｆinfｏrmationofhighqualitｙbｒoａｄbaｎｄｃhａnnｅlｔｏｓeｎdouｔ。Tｈrｏugｈouttｈｅhisｔoryｏｆcomｍuｎicaｔｉon，tｈｅfirｓｔｇeneｒatioｎaｎaｌoｇｓyｓteｍstopｒｏｖiｄeｖｏicｅserviｃesoｎlyａnｄcaｎｎottraｎsｍitdaｔa;sｅｃoｎｄ－ｇenerationｄiｇitalmｏbilecｏmｍunicaｔｉonsystemdatａtｒａnｓfｅrｒateisoｎｌy９。６bit／s，ｕptｏ32ｋｂit/ｓ;ｔｈeｔhｉrdgeneｒationｍobilｅcommuｎiｃatｉｏnsｙｓtemDataｔraｎsfｅrraｔeuｐto２Ｍbｉt／ｓ;ａndwｅａｒｅcｕrｒentｌｙactivelyinvoｌveｄinrｅseaｒｃhoftheｆｏurtｈgeneraｔiｏnｍobilecｏmmunicationsyｓtｅｍdataratｅcanreach１0～20Mｂiｔ／s。Aｌｔhougｈtｈｅthｉｒdgｅｎｅrａｔｉｏｎmｏbｉlecoｍｍｕｎicationcanbefａsterthａnｔhｅｃｕrreｎtｔrａnsmissionrａteoｆａthouｓanｄｔｉmes,buｔstｉｌlcannｏtmeettherequiｒeｍeｎtｓoffuｔuremuｌtimeｄｉacｏｍｍuｎicaｔioｎs,thefourthｇeneｒａｔｉonmｏbilecoｍｍunｉcaｔionsysteｍispropoｓedtｏｐｒoｖiｄｅgｒeaterｈｏｐeｔｏｍｅeｔtｈebanｄwiｄthｒeqｕiｒements.Keywｏrds:AnalogcommuｎｉcａtiｏnＤigｉtaｌcoｍｍunicａｔｉoｎｓＯrtｈogonａlｆreｑuencｙｄivｉsiｏnｍulｔiｐlexingMuｌｔipaｔhｉnterferencｅﻩﻩ第一章绪论1．１通信进展史人类进行通信的历史已很悠久。早在远古时期，人们就通过简洁的语言、壁画等方式交换信息.千百年来,人们始终在用语言、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，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进展的结果。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。从今，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，开头了人类通信的新时代.18３7年,美国人塞缪乐.莫乐斯（ＳaｍuｅｌMorse)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，说明白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）发明白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，后来就成立了闻名的贝尔电话公司。1８８8年，德国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，他用实验证明白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进展.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白无线电报,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白二极管。190６年美国物理学家费森登成功地讨论出无线电广播。190７年美国物理学家德福莱斯特发明白真空三极管,美国电气工程师阿姆斯特朗应用电子器件发明白超外差式接收装置.1９２0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,从今广播事业在世界各地蓬勃进展,收音机成为人们了解时事新闻的便利途径。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进展。电磁波的发现也促使图像传播技术飞快进展起来。19２2年1６岁的美国中同学菲罗。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白光电显像管，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有用要求的电视摄像机。经过人们的不断探究和改进，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.威玛发明白高灵敏度摄像管，同年日本人八本教授解决了家用电视机接收天线问题，从今一些国家相继建立了超短波转播站，电视飞快普及开来.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有用的传真机以后，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、情报询问、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，除担当通信任务外,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,作为信息超远掌握的遥控、遥测和遥感技术也是格外重要的技术。遥控是利用通信线路对远处被控对象进行掌握的一种技术,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、外形和变化动态，主要用于气象、军事和航空航天事业。随着电子技术的高速进展,军事、科研迫切需要解决的计算工具也大大改进。1９46年美国宾夕法尼亚高校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、高牢靠性方向进展。２0世纪40年月，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、巴丁和布拉坦发明白晶体三极管，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白集成电路，从今微电子技术诞生了。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，单一计算机很快进展成计算机联网,实现了计算机之间的数据通信、数据共享.通信介质从一般导线、同轴电缆进展到双绞线、光纤导线、光缆；电子计算机的输入输出设备也飞速进展起来，扫描仪、绘图仪、音频视频设备等,使计算机如虎添翼，可以处理更多的简洁问题。2０世纪8０年月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行少的工具.至此，我们可以初步认为:信息技术（InｆｏrmａtionTｅchnoｌogy，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,不断引入新技术,创新新业务，赶超世界电信进展的潮流，经过二十几年的持续快速进展，取得了历史性跨越,已进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进展的“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，电信业进展严重滞后于国民经济进展需要，成为制约国民经济进展的瓶颈。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进展。在经济全球化、全面建设小康社会的今日，电信业作为构建信息化社会的生力军要连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,其进展也要符合经济规律,在适应我国国民经济进展的同时,保持适度超前.据有关资料表明: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进展具有很大的进展空间,同时其进展又取决于社会经济的进展水平，电信业的健康进展必须与国民经济总体进展水平相适应.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进展中的位置，使其既能促进国民经济进展，又不盲目超前,是我们必须讨论的课题。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,由短缺引发的高速进展转向稳定进展阶段。截至２0０4年，我国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。整体通信能力已满意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意其需求.从固定通信领域延长至移动通信，从基础语音服务进展到增值服务,从单一、被动的服务提升到共性化、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新业务的进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,公正公正、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，促进了电信业的进展。但公正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，新兴企业进展仍需政策支持.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、收效不匹配的现象更加突出我国电信业经过高速进展，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,既是企业再进展的需要，也是企业进一步提高服务水平、保持行业健康进展的需要。综上所述，在市场环境发生一系列变化的情况下,再简洁依靠投资、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,从粗放式进展向集约式经营模式转变。1.3关于中国电信进展模式转型的战略思考在新的进展时期,在市场环境发生变化的今日，中国电信面临着新的机遇和挑战。为此,提动身展思路是:依据科学进展观的要求,坚持理性、务实、乐观的进展策略，坚持市场导向，加快有效进展；掌握投资规模，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进展模式的转变，飞快增强核心竞争力,推动公司持续、快速、健康进展。1、以市场为导向,效益为中心，追求有效进展在投资战略上实行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,优先支配投资效益好、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.在用户进展方面,遵循以效益为中心,成本与效益相匹配的原则,进展有效的用户，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。今年在严格掌握资本性投资的同时,我们从市场需求动身，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,依据用户需求实现两网在高、中、低端全面进展。为解决CDMＡ手机价格偏高，供应量不足的问题，实行定制方式，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,协调进展的方针,连续保持了两网的有效进展。20０5年以来，GSＭ业务保持稳定增长的态势,CＤＭA业务仍较快进展。实践证明，通过努力我们可以达到ＧSM业务稳中有增，CＤMＡ业务快速进展的目标。从全球范围来看，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，格外是向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CDMA1X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，依据用户消费习惯,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，乐观进展“宝视通”和基于宽带的通信类增值业务，发挥综合业务优势，推动各项业务的稳定进展。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，是公司可持续进展的必定要求。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，把为客户供应优质服务置于企业各项工作的中心环节，建立和完善以便利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共性化需要，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,是推动公司进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,加强了内掌握度建设。建立了以现金流管理为主线，以全面预算管理为基础,以有效的内掌握度为保证，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掌握度的高效统一。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。准时了解市场变化，增强应变能力，为生产经营供应现代化的管理支撑保障.4、加强竞合，有序竞争，共同富强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，乐观探究合作领域、合作方式，形成市场风险分担机制，共同降低经营风险.我们提倡各运营企业，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阅历，加强沟通,互通信息，有效抑制恶意欠费行为。我们盼望各运营企业，共同维护正常的价格体系，避开恶性价格战，营造良好市场环境，实现资产的保值增值。我们情愿与合作伙伴，加强在新技术、新标准等方面的合作力度,共同推动技术进步。格外是在参加新技术标准和规章制定等方面,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,实现共同进展现代企业间的竞争,已经由单个企业的竞争,逐步演化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进展方向，同时,也需要产业链各环节的大力支持和协作,共同共享市场富强所带来的成果。在与设备制造商的合作中,转变单纯的买方和卖方的关系,从用户需求动身，共同讨论和开发市场需求，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，乐观介入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。在新的进展时期，中国电信将依据科学进展观的要求，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进展作出新的贡献.1．4ＯFDM技术在将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进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加者，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进展注入了新的活力.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进展趋势。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,由于其采纳了子载波传输,使其在抗多径衰落性能方面的优势格外明显,另外，OFＤM系统可灵敏选择各子载波进行传输，使其具有灵敏安排频谱资源的性能，所以它越来越得到人们的重视，各项产业HＹPERLＩNＫ”ｈtｔp:/／wwｗ．iaｓk。ｃom/n？k=%BB%ＡF%B９％A４"\o＂化工”＼t"＿ｂlank＂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讨论领域结合了起来。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等将来移动通信以数据通信和图像通信为主，数据通信的速率比3Ｇ要大大提高，还格外注意与互联网结合，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技术将在将来发挥如今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等技术开头得到应用,以提升ＷLAＮ的性能。如802。１1a和8０2.１1g都采纳OFＤM调制技术，提高了传输速率，增加了网络吞吐量。802。11n计划采纳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楚度电视传输系统中采纳的调制技术就包括ＯFDM技术,欧洲HＤＴＶ传输系统已经采纳了编码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，满意电视系统的传输要求。总之，正是由于具备了显著的优势，ＯFDＭ在将来移动通信和其他宽带无线技术的进展中才如鱼得水,获得了广泛的应用。我们有理由信任,随着人们对无线通信需求的进一步增加,ＯFＤＭ必将获得更大的进展。其次章OＦDM基本原理2。1OFDM概述ＯFDＭ（OｒｔhｏgoｎalFｒｅｑｕｅncｙDivisioｎMultipｌｅxing）即正交频分复用技术，实际上ＯFDM是ＭＣMMultｉ-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纳相关技术来分开,这样可以削减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。1.1OFDM由来OＦDＭ由多载波调制(MCＭ）进展而来。美国军方早在上世纪的５０—60年月就创建了世界上第一个MＣM系统，在19７0年衍生出采纳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,采纳FFT实现这种调制,但在实际应用中，实时傅立叶变换设备的简洁度、放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。经过大量讨论，在20世纪80年月，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年月,OFＤM开头被欧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)、高清楚度数字电视（HDTＶ）和无线局域网（ＷＬAＮ）.随着DSP芯片技术的快速进展，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.2．2OFDＭ系统的基本结构2．2.１ＯFDM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N个窄带平坦衰落信道(均衡简洁)，从而“先天”具有很强的抗多径衰落和抗脉冲干扰的能力,格外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2-１)式中N-—子载波的个数;T——ＯＦＤM符号的持续时间（周期)；——安排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(）＝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意乃奎斯特准则的,即多个子载波之间不存在相互干扰。2.2.２ＯＦDM信号的频谱特性当各个子载波用QＡＭ或ＭPＳK进行调制时,如果基带信号采纳矩形波,则每个子信道上已调信号的频谱为外形,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。依据函数的性质，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肯定的保护频带，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一般频分复用系统有很大的提高,而各子载波可以采纳频谱效率高的ﻩＱAＭ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肯定的变化，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简洁的均衡滤波器,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。ＯＦＤﻩＭ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,必定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，满意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,尽可能加大子载波间的间隔。2.2．3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缘由。为避开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,第一个子载波和其次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，其次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，依据采纳的调制方式,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的引入，使得OFDＭ传输再肯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，大大推动了ＯFＤＭ技术有用化进程。2.2.4OＦDＭ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意正交性,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开头的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信号采纳“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。依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,避开对更多个时域采样信号造成影响。为了保证在接收端能精准的恢复出原信号,在发送端,除了增加循环前缀外，还增加了额外的保护间隔，这个保护间隔也是采纳了ＯFDM信号的循环扩展。通过增加额外的保护间隔，可以保证非恒定信号幅度部分不会落入FＦT的时间区域内.这样，在接受端，在精确同步的前提下，就可以去除窗函数，取出所需要的时域信号,通过ＦＦＴ恢复动身送端所发送的数据。通常采纳的一类窗类型就是升余弦函数，其定义如下式中TＳ——加窗前的信号长度.而加窗后的信号长度应该为,从而允许相邻的信号间存在有相互掩盖的区域.这个区域的长度是由滚降系数决定的,也就是等于循环前缀的长度.经过加窗后的ＯFDM信号如图2-7示。图４0页分析后可以得出，加入窗函数，不仅在时域上转变了信号的外形,而且也转变了其频域的外形.2．3OFDM技术的特点2．３.1ＯFDM技术的优点1．频谱利用率较高ＯFDM技术可以被看作是一种调制技术，也可以被当作一种复用技术。传统的频分复用（FDM）多载波调制技术中各个子载波的频谱是互不重叠的，同时,为了削减各子载波之间的相互干扰，子载波之间需要保留足够的频率间隔,频谱利用率较低；而OFＤＭ多载波调制技术中各子载波的频谱是相互重叠的,并且在整个符号周期内满意正交性，不但减小了子载波间的相互干扰，还大大削减了保护带宽，提高了频谱利用率2．抗码间干扰（ＩＳＩ，Inｔer－ＳymbｏlIntｅrｆｅｒeｎce）能力强码间干扰是数字通信系统中除噪声干扰之外最主要的干扰，它与加性的噪声干扰不同，是一种乘性的干扰。造成码间干扰的缘由有很多，实际上,只要传输信道的频带是有限的,就会造成肯定的码间干扰。OFDM通过在传输的数据块之间插入一个大于信道脉冲响应时间的保护间隔，消除了由于多径时延扩展引起的符号间干扰。2频率选择性衰落和窄带干扰能力强在单载波系统中，一次衰落或者干扰会导致整个链路失效,但是在多载波系统中,某一时刻只会有少部分的子信道受到深衰落的影响。OFDＭ把信息通过多个子载波传输,在每个子载波上的信号时间就相应地比同速率的单载波系统上的信号时间长很多倍，使OＦDM对脉冲噪声和信道快速衰落的抵抗力更强。同时,通过子载波的联合编码，达到了子信道间的频率分集的作用,也增强了对脉冲噪声和信道快速衰落的抵抗力.OFDM还可以依据每个子载波的信噪比来优化安排每个子载波上传送的信息比特，自动掌握各个子载波的使用，有效避开噪声干扰以及频率选择性对数据传输牢靠性的影响，实现对信道的自适应性。通过软件编程，OFＤＭ可以有效地屏蔽某些子载波，实现对民用或军用重要频点的保护。在电力线通信中,OFDM通过把电力线分为很多窄带子信道,使得各个子信道呈现相对性和平坦特性,不仅消除了由于电力线的低通效应和传递函数的猛烈波动而引起的失真，而且无须简洁的信道均衡系统，实现比较简洁，成本比较低廉。

２.3．2OFＤM技术的缺点

于ＯFDM系统存在多个正交的子载波,而且其输出信号是多个子信道的叠加，因此与单载波系统相比，存在如下缺点：（１）易受频率偏差的影响。由于子信道的频谱相互掩盖，这就对它们之间的正交性提出了严格的要求.在传输过程中消灭的信号频谱偏移或放射机与接收机本地振荡器之间存在频率偏差,都会使ＯＦＤM系统子载波之间的正交性遭到破坏,导致子信道间干扰（ＩCI,Inｔｅr—ChanneｌInｔｅｒｆｅrenｃｅ），这种对频率偏差的敏感性是OＦDM系统的主要缺点之一。(2）存在较高的峰值平均功率比.多载波系统的输出式多个子信道信号的叠加，因此如果多个信号的相位全都时，所得到的叠加信号的瞬时功率就会远远高于信号的平均功率,导致较大的峰值平均功率比（PAPR,Ｐeak—tｏ-AveragePowerＲatiｏ)。这就对放射机内放大器的线性度提出了很高的要求，因此可能带来信号畸变，使信号的频谱发生变化，从而导致各个子信道间的正交性遭到破坏,产生干扰，使系统的性能恶化。2．４0ＦDＭ实现的关键技术2。4．１同步技术在ＯＦＤＭ系统中,由于码元宽度相对较宽，所以系统对定时偏移不是很敏感，ＩSI得到了很好的抑制.但由于子载波的间隔小,所以对频率偏移比较敏感,相位噪声对系统也有很大的损害。定时偏移，或者说包络的延迟失真,并不破坏子载波的正交性，定时相位偏移引起的只是全部子载波的旋转,合适的信道估量可以有效地消除这些影响。抽样频率的误差会产生时变的定时偏移，导致时变的相位变化，也会引入少量的载波间干扰(ＩＣI），实际中由于定时偏移引入的ICI格外小,Eｓ/Ｎｏ为ＨYＰEＲＬINK"ｈｔtｐ://ｗww。dzsｃ。coｍ／sｔock-ic／20DB。ｈtｍl"＼ｔ"＿bｌａｎk＂20dB时，也只有0．01dB左右。相位噪声有两个基本的影响，其一是对全部的子载波引入了一个随机相位变量,跟踪技术和差分检测可以用来降低共同相位误差的影响，其次也会引人肯定量的ICＩ，由于相位误差导致子载波的间隔不再是精确的１／Ｔ了.频率偏移在OFDM系统中是比较有害的，它将导致ICＩ,破坏子载波的正交性.IＳI与ＩCI是冲突的,一个削减，另一个会增大，由于在系统设计时,可以容忍肯定量的ISＩ,所以，可尽量削减ICI，以便降低系统同步实现的难度,残留的ISI可以通过简洁的均衡消除。频率偏移导致FＦT的间隔周期不再是一个整数，所以变换后会产生IＣI.由资料可知,OFDM技术可接受的最大频偏与信道信噪比及有效信噪比之差有关，通常频率精度必须达到频率间隔的１%-2％.OＦDM系统中主要涉及的同步有码元同步，载波同步和采样频率同步.同步分为几个过程：粗定时恢复/分组/时隙/帧同步，粗频偏估量/校正,精频率校正（F1T以后做）,精定时校正(Ｆ叮以后做）。由于同步是OＦDＭ技术中的一个难点，因此，很多人也提出了很多ＯFＤM同步算法，主要是针对循环扩展和特殊的训练序列以及导频信号来进行,其中较常用的有利用奇异值分解的EＳＰＲIＴ同步算法和ML估量算法，其中ESPＲIT算法虽然估量精度高，但计算简洁，计算量大，而ML算法利用OＦDM信号的循环前缀，可以有效地对ＯFDM信号进行频偏和时偏的联合估量,而且与EＳＰRIT算法相比,其计算量要小得多。ＯFDM技术的同步算法讨论的比较多，需要依据简略的系统简略设计和讨论,利用各种算法融合进行联合估量才是可行的。2。４．2训练序列／导频及信道估量技术接收端使用差分检测时不需要信道估量,但仍需要一些导频信号供应初始的相位参考,差分检测可以降低系统的简洁度和导频的数量，但却损失了信噪比。尤其是在OFＤM系统中，系统对频偏比较敏感，所以一般使用相干检测。在系统采纳相干检测时，信道估量是必须的。此时可以使用训练序列和导频作为帮助信息,训练序列通常用在非时变信道中，在时变信道中一般使用导频信号.在OFDM系统中，导频信号是时频二维的。为了提高估量的精度,可以插入连续导频和分散导频，导频的数量是估量精度和系统简洁的折衷。导频信号之间的间隔取决于信道的相干时间和相干带宽,在时域上,导频的间隔应小于相干时间；在频域上，导频的间隔应小于相干带宽。图３是导频信号在时间和频率上的一般模式,但实际中，导频的模式的设计要依据简略情况而定,导频信号的功率也可以适当大一些。信道估量器依据导频就可以估量出信道的脉冲响应，估量的方法比较多，匹配ＨＹPERLINK"hｔtｐ://wwｗ．ｄｚｓ/producｔ／ｓｅaｒｃｈfｉlｅ／１095。hｔml”＼ｔ”_ｂlaｎk＂滤波器法、最小均方值法、最大后验概率法等都可以依据简略的系统要求选用。2．4。３信道编码和交织技术在OFＤM系统中,由于码间串扰不是很严重，所以随机误码得到了肯定的限制，但对于突发误码,尤其是在军用场合，信道编码和交织技术还是必须的。由于OＦDM信号具有时域和频域的二维结构特点,因此信道编码可以很好地利用此特点，得到更好的纠错性能。此时通过合理设计时域和频域的交织器,可以很好地对抗突发错误和人为干扰.因此在OFDM系统中，信道编码和交织器结构要依据OFDM信号的特点来设计,编码的码率和交织器的长度与OFＤM系统的参数亲密相关。2.4。4峰均功率比掌握依据中心极限定理，N个等载波间隔的ＯＦＤＭ信号可等效成均值为０、方差为０2的高斯分布随机过程(＂足够大，如厅〉100）.因此在某些极限时刻，不同子载波在相位和时间上可能线性叠加，可能产生一些很大的幅度脉冲峰值,随着子载波数Ｎ的增大，脉冲峰值发生的概率会削减，但峰值会增大.所以在ＯＦＤM系统中，信号的峰值平均功率比（PAPR）起伏较大，对射频的线性ＨＹＰERLINK＂htｔｐ://www。dzsｃ.cｏm/pｒodｕｃｔ/sｅarcｈｆｉｌｅ／６474。html"\t＂＿blank”功放提出了很高的要求，发送端对高HYPＥRLIＮK＂http：／/www．dzｓc。ｃｏｍ／producｔ/sｅaｒchfiｌe/425．ｈtｍｌ"＼ｔ＂_ｂｌａnk＂功率放大器(ＨＰA）的线性度要求很高且发送效率极低,接收端对前端HＹPERLＩNK”ｈttｐ：//www.dｚsc。ｃｏｍ/ｐrｏｄuct／file50１．ｈｔｍl＂＼ｔ"＿blaｎk＂放大器以及A/DHYＰERLIＮK”http://www.dｚ／producｔ/ｓearcｈｆile/6０78．html＂\t”＿blaｎk”变换器的线性度要求也很高，因此应该尽可能地降低信号的ＰAＰＲ。为消除这种由于过高的峰均功率比信号而使功率放大器产生的限幅非线性失真，提出了很多方法、如限幅加窗选择映射方法、基于Goｌay序列的选择映射方法、循环码方法、部分发送序列相位反转方法和基于m序列方法等.通过选择合适的方法，PＡPＲ的掌握目前基本可以达到特定系统的要求，不再是限制OＦDＭ技术应用的主要障碍。对PAPR的要求一般掌握在3ｄB左右，通过合适的算法可以达到此要求。2．4．5均衡技术由于OFDM技术本身利用了衰落信道的分集特性,系统的码间串扰问题已得到了很好的抑制，而均衡技术主要就是为了补偿多径信道引起的码间干扰,因此一般情况下，OFDＭ系统可以不用均衡措施,但在一些时延扩展较严重的信道中,循环扩展的长度要很长,才能有效克服ISＩ，此时可以采纳一些简洁的均衡技术来削减循环扩展的长度,而通过均衡克服残留的ＩＳＩ。２．４.６系统仿真参数设计OFDＭ系统的参数设计是很多需求的一个折衷。在参数设计时，首先需要明确系统的3个主要的指标：带宽、比特率和时延扩展。时延扩展直接影响保护时间的设计，保护时间的长度应该是均方根延迟扩展的2－4倍，实际设计时,保护时间一般取大于等于信道的最大时延扩展。保护时间确定后,OFDM符号帧的宽度也可以定下来。为了降低保护时间引起的信噪比损失，符号宽度盼望远大于保护时间,但是符号的宽度过大意味着更多的子载波数和更小的子载波间隔，增大了实现的简洁度,使得系统对相位噪声和频率偏移更加敏感，而且会增加峰均值功率比。因此实际的设计选择是使符号宽度至少是保护时间的５倍,此时保护时间会带来大约1dB左右的信噪比损失。符号宽度和保护时间确定后，子载波的间隔就是去掉保护时间后的符号宽度的倒数，此时根ﻫ据系统的带宽就可以确定子载波的数目,每个子信道的带宽应小于信道的相干带宽，子载波的数目也可以依据需要的比特率和每个子载波上的比特率来确定。每个子载波的比特率由调制的类型、信道编码的码率和符号率确定。同时还要使每个OFＤＭ的符号时间小于信道的相干时间，避开产生时间选择性衰落.2．5结论OFＤM技术由于其独特的优点,所以在无线接人和移动高速传输中的应用前景格外宽阔，下一代的移动通信已经将其作为全面提高性能的核心技术。在进行ＯFDＭ系统开发设计之前，系统的仿真可优化整个系统的参数和指标，缩短开发周期。笔者结合实践阅历，系统地分析了OFDM实现中的关键技术，给出了系统设计时需要宏观考虑的问题。并通过实例给出了ＯFDＭ系统仿真的基本框架，但在简略的系统设计中,还有很多更简洁的问题需要解决，尤其是同步技术.第三章ＯＦDM技术在无线局域网的应用3.1无线局域网概念无线局域网（WLAＮ）是利用无线通信技术在肯定的局部范围内建立的网络，是计算机网络与无线通信技术相结合的产物,它以无线多址信道作为传输媒介，供应传统有线局域网ＬAＮ(ＬoｃａlAｒｅａNetwork）的功能,能够使用户真正实现随时、随地、任意的宽带网络接入。3.1。１网络结构一般地，ＷLＡN有两种网络类型：对等网络和基础结构网络。

对等网络：由一组有无线接口卡的计算机组成。这些计算机以相同的工作组名、ESＳＩＤ和密码等对等的方式相互直接连接，在WLAN的掩盖范围的之内，进行点对点与点对多点之间的通信通信。基础结构网络：在基础结构网络中，具有无线接口卡的无线终端以无线接入点ＡP为中心，通过无线网桥AＢ、无线接入网关AＧ、无线接入掌握器AC和无线接入服务器ＡS等将无线局域网与有线网网络连接起来,可以组建多种简洁的无线局域网接入网络,实现无线移动办公的接入。3.2无线局域网的特点3。2。１无线局域网的优点（１）灵敏性和ＨＹPＥＲLINK”hｔtp：／/ｂaike。baiｄｕ．ｃom／vieｗ/387１956.htｍ”\t＂_ｂlａnk”移动性。在有线网络中,ＨYＰERLＩNK"ｈｔｔｐ：/／bａiｋe．ｂａiｄu．com/view/11580８1．hｔm"\t”_blank"网络设备的安放位置受ＨYPＥＲＬIＮＫ”http：//bａike．baidu．ｃom/ｖiｅｗ/1643８５5.ｈtm＂\t"_blanｋ＂网络位置的限制,而无线局域网在无线信号HYPERＬＩＮK"htｔp://baｉｋe．ｂaidｕ.com／vｉｅw/4４３387．ｈtm＂＼t"_bｌａnk”掩盖区域内的任何一个位置都可以接入网络。无线局域网另一个最大的优点在于其移动性，连接到无线局域网的用户可以移动且能同时与网络保持连接。（２）安装便捷.无线局域网可以免去或最大HYPERＬINＫ"hｔｔp：/／baike.ｂａidu．com/vｉｅw/６４459０.hｔｍ”＼ｔ”_bｌaｎk"程度地削减网络布线的工作量,一般只要安装一个或多个接入点设备,就可建立掩盖整个区域的局域网络。(3）易于进行网络HYPEＲLINK"http:/／ｂａiｋe。ｂaiｄu.ｃom/ｖieｗ/１２60２1．htｍ＂\t"_blank＂规划和调整。对于有线网络来说，办公地点或网络拓扑的转变通常意味着重新建网。重新布线是一个昂贵、费时、浪费和琐碎的过程，无线局域网可以避开或削减以上情况的发生.（４）故障HＹＰＥRLＩNK”hｔｔp:／/baike.baiｄｕ．com/vｉｅw／2４４９２.hｔm”＼ｔ＂＿bｌaｎｋ"定位容易。有线网络一旦消灭物理故障，尤其是由于线路连接不良而造成的网络中断，往往很难查明，而且检修线路需要付出很大的代价。无线网络则很容易定位ＨYPＥRLＩNK"hｔtp://baikｅ.bａidｕ．ｃｏm/vｉｅw/５53２02．htm"\t＂_blank＂故障,只需更换故障设备即可恢复网络连接。(5)易于扩展。无线局域网有多种配置HYＰＥＲLINＫ”httｐ:／／bａike.ｂａ／view/199787。htｍ＂\t"＿bｌａnk”方式，可以很快从只有几个用户的小型局域网扩展到上千用户的大型网络，并且能够供应节点间＂HYＰERＬIＮK"http:／/bａｉke。bａidu.ｃｏm／ｖiｅw/5２7．ｈtｍ"\ｔ＂_blａnｋ"漫游”等有线网络无法实现的特性。由于无线局域网有以上诸多优点,因此其进展十分飞快。最近几年，无线局域网已经在企业、HＹPERLＩNK"hｔtｐ：//baiｋｅ．bａiｄu．coｍ/ｖｉew/2１７65.htm＂\t”_ｂlaｎk”医院、ＨYＰＥRLＩNK”http://ｂａｉkｅ．ｂａｉｄu．ｃｏm／view/1239８１.htm"\ｔ"_blanｋ"商店、HＹＰＥRLＩNＫ＂httｐ：／／baike。baｉdu。ｃｏm／vｉew/４1７４2.htm＂\ｔ＂＿blａｎk"工厂和HYPEＲＬＩＮK＂httｐ:/／ｂaike。bａidｕ.ｃoｍ/view／7７5７.hｔｍ"＼t"＿ｂlaｎk＂学校等场合得到了广泛的应用。3。2.1无线局域网的缺点无线局域网的不足之处：无线局域网在能够给网络用户带来便捷和有用的同时,也存在着一些缺陷。无线局域网的不足之处体现在以下几个HＹPEＲLINＫ＂ｈttp:/／baike.bａidu。coｍ/view/5５6366.hｔｍ”＼t"_bｌaｎk"方面：（1)性能.无线局域网是依靠无线ＨＹPＥRLＩNＫ＂hｔｔｐ://ｂaiｋe．ｂaidu。cｏm/vｉｅw/6３0625。ｈtm＂\ｔ”_ｂlanｋ”电波进行传输的。这些电波通过无线放射装置进行放射，而HＹＰERLIＮK＂http:/／ｂaiｋe.bａidu．cｏｍ/view/363７５。ｈtm"\t＂_ｂlank"建筑物、车辆、HYPERＬINＫ”htｔp:/／baｉｋｅ．bａidｕ.ｃoｍ/ｖiｅw/562６．ｈtm"＼ｔ"_blank”树木和其它障碍物都可能阻碍HYＰＥＲＬＩＮK＂http：／／bａike．ｂａiｄu．coｍ／view/1015.htm"＼t”_ｂlanｋ”电磁波的传输，所以会影响网络的性能.（2）ＨYPERLＩＮK＂hｔｔp：／／bａｉｋｅ。baｉdu.cｏｍ/vｉeｗ／651９2．htm＂\t"_ｂlａｎk”速率.无线信道的传输速率与HＹＰERLINK”httｐ：／/baiｋe．ｂaidu．ｃom／vｉｅw／３0６０85０。hｔm”\ｔ”＿ｂlanｋ＂有线信道相比要低得多.HＹPEＲＬINK"http://bａｉkｅ。baiｄu。coｍ／vｉｅw/52８7３7.hｔm"＼t”_blanｋ"目前，无线局域网的最大HYＰERLIＮK"http：／/baiｋｅ．bａidu．ｃom/ｖieｗ/63４８61．htm”＼t＂_ｂlank"传输速率为150Ｍbit/s,只适合于个人终端和小ＨYＰERLＩNK"ｈｔｔp：//baｉkｅ.bａｉｄu。cｏm/view/5２68０3。hｔｍ"\t"＿bｌａｎk”规模网络应用。（３）平安性。本质上无线电波不要求建立物理的连接通道，无线信号是发散的。从理论上讲,很容易监听到无线电波广播范围内的任何ＨYＰEＲLＩNＫ＂http：//baｉke。baidu．coｍ／view／５4338．ｈｔm＂＼t"_blank”信号，造成通信信息泄漏。３．3ＨYPＥRLＩNK”ｈttp：//ｂaiｋe．baidｕ.cｏｍ/viｅw/５470．hｔm"实现无线局域网的一些要求３。3.ＨYPERＬIＮＫ"http://baｉｋｅ．baidu。cｏm/vｉｅw／５４70．htm＂1HＹPERLIＮK"htｔp://baｉ／ｖiｅw/５４７0。htm＂无线局域网技术要求由于无线局域网需要支持高速、突发的数据业务，在室内使用还需要解决多径衰落以及各子网间串扰等问题。简略来说，无线局域网必须实现以下技术要求:（1)牢靠性：无线局域网的系统分组丢失率应该低于10-５，误码率应该低于1０-８。(２)兼容性：对于室内使用的无线局域网,应尽可能使其跟现有的HYPＥRLINK＂http：//bａike.ｂ/ｖiew/２16１287。ｈtm”＼ｔ＂＿blanｋ＂有线局域网在网络操作系统和网络软件上相互兼容。（3）数据速率：为了满意局域网业务量的需要，无线局域网的ＨYPＥRLINK”ｈttｐ：／/ｂａike。ｂａidｕ．ｃom/viｅｗ/43４019．htｍ"\ｔ"_bｌank"数据传输速率应该在1Mbps以上.（4)通信保密:由于数据通过无线介质在空中传播,无线局域网必须在不同层次实行有效的措施以提高通信保密和数据平安性能。(5)移动性:支持全ＨＹＰEＲＬＩNＫ＂http：//baiｋe.baidu。cｏm/ｖiｅw／2６７3９８2.hｔm＂\t"_bｌaｎk"移动网络或半移动网络.（6)节能管理：当很多据收发时使站点机处于休眠状态,当有数据收发时再激活，从而达到节省电力消耗的目的。（７)小型化、低价格:这是无线局域网得以普及的关键。（8）电磁环境：无线局域网应考虑电磁对人体和周边环境的影响问题。3．3.2无线局域网的硬件要求（1）无线HYＰERLIＮＫ＂hｔtp：/／ｂaｉke.bａidu.ｃoｍ/ｖｉew/4230．ｈｔm”＼t”_ｂｌank＂网卡。无线ＨYPＥRLINK＂ｈttｐ:／／baiｋe．ｂａ/vｉew／４23０.ｈtｍ”\t＂_blａnｋ"网卡的作用和HYＰＥRLINK"hｔｔp：//baiｋe．ｂａidｕ．ｃom／viｅw/84８．htｍ"\ｔ”_bｌank＂以太网中的网卡的作用基本相同,它作为无线局域网的接口，能够实现无线局域网各客户机间的连接与通信。（2）HＹPERLＩＮK"ｈttp://baｉke．ｂａidu。cｏm/vｉew/5５33．ｈtm”\t＂＿blaｎk”无线ＡＰ。AP是AccessPｏint的简称，无线ＡP就是无线局域网的接入点、无线网关，它的作用类似于有线网络中的集线器。(３)HＹＰERLINＫ”ｈｔtｐ:/／baike。ｂaｉｄu。ｃｏｍ/viｅｗ/497275.ｈtｍ＂＼t＂_bｌank"无线天线。当ＨYPERＬINK＂http：/／bａike。bａiｄｕ.ｃｏm/ｖｉｅw/5０30.ｈｔｍ"无线网络中各网络设备相距较远时，随着信号的减弱,传输速率会明显下降以致无法实现无线网络的正常通信，此时就要借助于无线天线对所接收或发送的信号进行增强.3.4WＬＡＮ的标准

由于WＬAN是基于计算机网络与无线通信技术,在计算机网络结构中，规律链路掌握（ＬLＣ）层及其之上的应用层对不同的物理层的要求可以是相同的,也可以是不同的,因此，WLＡN标准主要是针对物理层和媒质访问掌握层（MＡＣ）,涉及到所使用的无线频率范围、空中接口通信协议等技术规范与技术标准.３．4．１IEＥE802。11X

（1）IEEE802．111９90年IEＥE８02标准化委员会成立ＩＥＥE８02.1１WLAN标准工作组。ＩEEE802。１1（别名:Ｗi—Ｆｉ(WｉreｌessFidelity）无线保真)是在1９９７年6月由大量的局域网以及计算机专家审定通过的标准，该标准定义物理层和媒体访问掌握（ＭAC)规范。物理层定义了数据传输的信号特征和调制,定义了两个RF传输方法和一个红外线传输方法，RＦ传输标准是跳频扩频和直接序列扩频,工作在2.4０00～２。4835GHz频段。IEＥE802．11是IEＥE最初制定的一个无线局域网标准,主要用于解决办公室局域网和校内网中用户与用户终端的无线接入，业务主要限于数据访问,速率最高只能达到2Mbｐs。由于它在速率和传输距离上都不能满意人们的需要，所以IEEＥ８０2.1１标准被IEEE8０2.１１b所取代了。（2）IEEE802．11b

1999年9月IEEE８02。1１b被正式批准，该标准规定ＷＬＡN工作频段在2．4－２.48３5GHz，数据传输速率达到11Ｍbps,传输距离掌握在5０-15０英尺。该标准是对IＥEE80２.1１的一个补充,采纳补偿编码键控调制方式,采纳点对点模式和基本模式两运作模式,在数据传输速率方面可以依据实际情况在11Mbpｓ、５。5Mbps、２Ｍｂｐs、１Mｂps的不同速率间自动切换，它转变了WLAN设计状况，扩大了ＷLＡN的应用领域。IＥＥE8０２。１1b已成为当前主流的WＬAN标准，被多数厂商所采纳，所推出的产品广泛应用于办公室、家庭、宾馆、车站、机场等众多场合,但是由于很多ＷＬＡN的新标准的消灭，IＥEE802.１1a和ＩＥEＥ8０2.11ｇ更是倍受业界关注.（3）ＩEＥＥ８02．11a

1９99年，IEEE８０2．1１a标准制定完成，该标准规定WＬAN工作频段在5．1５—８。8２５ＧＨｚ，数据传输速率达到54Mbps／7２Ｍbｐs（Turbo)，传输距离掌握在10－１00米.该标准也是IEEE802。1１的一个补充,扩充了标准的物理层，采纳正交频分复用（OFDＭ)的独特扩频技术,采纳QFＳK调制方式，可供应2５Ｍbpｓ的无线ATM接口和1０Mbps的以太网无线帧结构接口，支持多种业务如话音、数据和图像等，一个扇区可以接入多个用户,每个用户可带多个用户终端。IＥEＥ8０2．１1a标准是ＩEＥＥ80２。11ｂ的后续标准,其设计初衷是取代８02.11b标准,然而，工作于2。４GHz频带是不需要执照的,该频段属于工业、教育、医疗等专用频段,是公开的,工作于5.15－８.８２５ＧHｚ频带需要执照的。一些公司仍没有表示对8０2．11a标准的支持，一些公司更加看好最新混合标准――80２．1１g。（４)ＩＥEE８０２.１１g目前,ＩEEE推出最新版本ＩEEＥ8０2.11g认证标准，该标准提出拥有IEEE802.1１a的传输速率，平安性较IEＥE8０2.1１ｂ好，采纳2种调制方式，含802．1１a中采纳的OFDM与IＥEE802．11b中采纳的CＣＫ，做到与８0２．11ａ和80２.１1b兼容。虽然80２．11ａ较适用于企业,但ＷLAＮ运营商为了兼顾现有802.11b设备投资，选用80２.1１g的可能性极大.(5)IEEE８0２．11ｉ

IＥEE８02．11i标准是结合ＩEEE８02。1x中的用户端口身份验证和设备验证，对ＷLＡNMＡC层进行修改与整合，定义了严格的加密格式和鉴权机制，以改善WＬAＮ的平安性。IEＥE802。11ｉ新修订标准主要包括两项内容:“Wｉ－Fi保护访问”（Wｉ—FiPrｏtｅcｔedAccess：WＰA)技术和“强健平安网络”(RSN）。Wi—Ｆｉ联盟计划采纳8０2.11i标准作为ＷPA的其次个版本,并于200４年初开头实行。

IEEE80２。11i标准在ＷＬAN网络建设中的是相当重要的，数据的平安性是WＬAN设备制造商和WLAN网络运营商应该首先考虑的头等工作。（6）IEEE8０2．11e/ｆ/hＩＥEＥ8０2．1１e标准对WLAＮMAＣ层协议提出改进，以支持多媒体传输,以支持全部ＷLAN无线广播接口的服务质量保证QＯS机制。

IEEＥ80２．1１f，定义访问节点之间的通讯，支持IEＥE８02．11的接入点互操作协议（ＩＡPP）。ＩEＥE８02．11ｈ用于80２。1１a的频谱管理技术３。5无线信道的特性３。５．1大尺度衰落大尺度衰落是