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目录
一、前言……………………………………………………4
1.1移动通信的发展历史…………………………………………………………4
1.2OFDM优缺点分析……………………………………………………5
1.3OFDM系统发展历史……………………………………………………9
二、OFDM的基本原理…………………………………………………………11
三、OFDM的关键技术…………………………………………………………12
1.峰屏比PAPR抑制技术
2.同步技术
3.信道编码和交织技术
4.训练序列/导频及信道估计技术
四、OFDM的应用…………………………………………………………14
1.高清晰度数字电视广播
2.无线局域网
3.宽带无线接入
五、与其它载波调制方式的比较………………………………………16
六、总结与展望…………………………………………………………17
参考文献…………………………………………………………………19
一、前言
1.1移动通信的发展历史
移动通信可以说从无线电通信发明之日就产生了。
1897年M.G马可尼所完成的无线通信试验就是在固定站与一艘拖船进行的,距离为18海里。
现代移动通信技术的发展始于本世纪20年代,可分为三代:
第一代移动通信技术(1G)
主要采用的是模拟技术和频分多址(OFDM)技术。
由于受到传输带宽的限制,不能进行移动通信的长途漫游,只能是一种区域性的移动通信系统。
第一代移动通信有多种制式,我国主要采用的是TACS。
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。
第二代移动通信技术(2G)
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技术标准时欧洲提出的,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,比如中国移动的135到139手机,中国联通的130到132都是GSM手机。
目前使用GSM的用户国占内市场的97%。
CDMA是美国高通公司提出的标准,目前在美国、韩国等国家使用。
联通公司见年开始大规模发展。
主要业务是语音,其主要特性是提供数字化的话音业务及低速数据业务。
它克服了模拟移动通信系统的弱点,话音质量、保密性能得到大的提高,并可进行省内、省际漫游。
第二代移动通信替代第一代移动通信系统完成模拟技术向数字技术的转变,但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。
第三代移动通信技术(3G)
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。
不仅能传输话音,还能传输数据,从而提供快捷、方便的无线应用,如无线接入Internet。
能够实现高速数据传输和宽带多媒体服务是第三代移动通信的另个主要特点。
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。
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线连接。
满足多媒体业务的要求,从而为用户提供更经济、内容更丰富的无线通信服务。
但第三代移动通信是基于地面、标准不同的区域性通信系统。
虽然第三代移动通信可以比现有传输率快上千倍,但是未来仍无法满足多媒体的通信需求。
第四代移动通信系统的提供便是希望能满足提供更大的频宽需求,满足第三代移动通信尚不能达到的在覆盖、质量、造价上支持的高速数据高分辨率多媒体服务的需要。
移动通信系统发展状况如表1-1所示。
1.2OFDM优缺点分析
1.OFDM的主要优点
(1)OFDM技术的最大优点是对抗频率选择性衰落或窄带干扰。
在单载波系统中,单个衰落或干扰能够导致整个通信联络失败,但是在多载波系统中,仅仅有很小一部分载波会受到干扰。
对这些子信道还可以采用纠错码来进行纠错。
(2)通过各子载波的联合编码,可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,就可以通过将各个信道联合编码,则可以使系统性能得到提高。
(3)可以有效地对抗信号波形间的干扰,适用于多经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。
(4)高的频谱利用率,这点在目前频谱资源稀缺的无线环境中非常重要。
当子载波个数很大时,系统的频谱利用率趋于2Baud/Hz。
(5)在窄带带宽下也能够发出大量的数据。
OFDM技术能同时分开至少1000个数字信号,而且在干扰的信号周围可以安全运行的能力将直接威胁到目前市场上已经开始流行的CDMA技术的进一步发展壮大的态势,正式由于具有了这种特殊的信号“穿透能力”使得OFDM技术深受欧洲通信营运商以及手机生产商的喜爱和欢迎,例如加利福尼亚Cisco系统公司、纽约Flarion工学院以及朗讯工学院等开始使用,在加拿大WFLAN工学院也开始使用这项技术。
(6)基于DFT的OFDM有快速算法,而且算法的复杂度可以由DSP的发展来弥补。
(7)简化了均衡器设计,或者根本不需要均衡器,且数据传速率可调。
(8)OFDM还采用了功率控制和自适应调制相协调的工作方式。
信道好的时候,发射功率不变,可以增强调制方式(如64QAM),或者在低调制方式(如QPSK)时降低发射功率。
功率控制与自适应调制要取得平衡。
也就是说对于一个发射台,去过他有良好的信道,在发射功率保持不变的情况下,可使用较高的调制方案去64QAM;
如果功率减小,调制方案也就可以相应降低,使用QPSK方式等。
正是因为OFDM具有如此显著的优点,OFDM可以应用于速率高于10Mb/s的宽带无线接入系统。
然而在宽带无线接入领域一些公司开发的技术虽然都基于OFDM,但有各自的特色,形成一些专利技术。
如VectorOFDM(VOFDM),WidebandOFDM(WOFDM),flashOFDM等。
2.OFDM主要的不足之处
(1)对频率偏移、定时和相位噪声比较敏感,容易带来衰耗。
传输的非线性会造成互调失真(IMD),此时信号具有较高的噪声电平,信噪比一般不会太高,失步和多普勒平移所造成的频率偏移是信道间失去正交特性,仅仅1%的频偏就会造成信噪比下降30db。
所以精确定时和减少频偏对OFDM尤为重要。
如果做不到这点,OFDM的正交性将无法保证,必须引起各子载波之间的相互干扰和ISI。
(2)峰值与平均值比较相对大,这个比值增大和降低射频放大器的功率效率。
而且由于输出信号的峰均比(PAR)高,正交频分复用信号输出信号有较大的动态范围,所以对放大器的线性要求较高。
(3)OFDM自适应跳频技术会相应增加发射机和接收机的复杂度。
多径信道中,速率为1Gb/s的信号的频响特性每15cm就会发生很大的变化,因此信号的频率刷新速度要比15cm的移动速率快很多,一般情况下终端每移动5cm刷新一次就足够了。
比如终端以每小时60Km的速度移动,刷新速率就是大约330次/s。
当终端移动速率每小时高于30Km时,自适应跳频就不是很适合了。
当信道变化太快,跳频速度跟不上时,用随机跳频代替自适应跳频。
(4)引入的保护间隔降低了信道利用率。
添加循环前缀技术利用的是离散线性系统原理中的一个概念。
我们知道,在连续时间域,两个时域信号的卷积就等于这两个信号频域形式的乘积。
但是,在这离散时域的情况下一般是不成立的,除非使用无限大的样值点N或者知道一个卷积信号时周期性的(在该情况下,信号可以被圆周卷积)。
因为只能使用有效的样值点N,所以只能利用循环前缀使OFDM信息码在我们感兴趣的时间区内呈现周期性。
循环前缀的另外一个好处是可以消除码间干扰。
我们要求循环前缀的值比信道内存更大一些。
多径信号引起先发信息码字的滞后到达而影响当前信息码字,从而产生码间干扰。
但是,事实上,码间干扰仅仅会干扰当前新号码的循环前缀。
因此,使用适当大小的循环前缀就能够使OFDM技术消除码间干扰。
众所周知,可靠性的提高势必会带来有效性的降低。
所以保护间隔就形成了OFDM的另外一个缺点—信道利用率低。
(5)对系统中的非线性问题敏感。
在基于DFT的OFDM系统中,所有调制器的输出都自动的联合加在一起,然后这个合并后的信号被放大。
使得基于DFT的OFDM系统对放大器的非线性敏感,因为合并后的信号具有类似于高斯噪声的幅度特性。
这在OFDM系统中将引起相邻信道之间的干扰,破坏其正交性。
3.OFDM的主要技术难点
OFDM技术的主要技术难点是系统中的频率和事件同步,基于导频符号辅助的信道估计,峰平比问题和多普勒频偏的影响以及基于OFDM、多载波技术的新一代蜂窝移动通信系统的多址方案的研究。
1.3OFDM系统发展历史
OFDM的历史可以追溯到20世纪60年代中期,Chang发表了关于带限信号合成进行多信道传输论文,其中阐述了把消息在线性带限信道中,无通道间干扰(ICI)和符号间干扰(ISI)并行传输的基本原理。
之后,Saltzberg对这种处理进行了分析,并得出了这样的结论:
“设计一个有效的并行处理系统的目的应该在于减少相邻信道间的串话,而不在于完善单个信道,因为减小串话失真更为重要。
”这个非常重要的结论,在几年之后所形成的数字基带处理技术中得到了证明。
1971年Weistin和Ebert对OFDM的发展做出了重要贡献,他们将DFT技术引入OFDM中,进行基带调制和调解。
他们的工作不在于“完善单个信道”,而是引入更加有效的处理技术,避免了使用大量子载波振荡器。
并且为了减少ISI和ICI,他们在OFDM符号间加入了防卫间隔以及时域升余弦窗函数。
但是他们的系统子载波在弥散信道环境下不能保持完善的正交性。
1980年
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- 大学本科 毕业设计 第四 移动 通信 核心技术 OFDM