畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）目 錄一、引言2二、OFDM的基本原理介紹2三、OFDM中的關(guān)鍵技術(shù)3四、OFDM在認(rèn)知無(wú)線電中的應(yīng)用(及優(yōu)缺點(diǎn))4五、結(jié)束語(yǔ)5參考文獻(xiàn)6多載波調(diào)制中的OFDM摘要：OFDM技術(shù)是一種無(wú)線環(huán)境下的高速多載波傳輸技術(shù)，抗頻率選擇性衰落或窄帶干擾能力較強(qiáng)，同時(shí)又有很高的頻譜利用率，適合在多徑傳播的無(wú)線移動(dòng)信道中傳輸高速數(shù)據(jù)。論文分析了OFDM的基本原理，論述了其關(guān)鍵技術(shù)及優(yōu)缺點(diǎn)。OFDM技術(shù)將成為未來(lái)無(wú)線通信中的核心技術(shù)，在認(rèn)知無(wú)線電、4G移動(dòng)通信和無(wú)線寬帶接入等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：OFDM；無(wú)線通信；認(rèn)知無(wú)線電-無(wú)線寬帶一、引言 隨著多媒體無(wú)線通信的發(fā)展，頻譜的需求與供給的矛盾越來(lái)越尖銳。例如，歐洲某些國(guó)家的UMTS頻譜采用拍賣的方式，其費(fèi)用達(dá)到每5Mhz頻段30到40億美元，使用期限為20年，如此高的頻譜使用費(fèi)用，使得運(yùn)營(yíng)商不得不選擇更高頻譜效率的無(wú)線技術(shù)，于是OFDM（orthogonal frequency division multiple access）應(yīng)運(yùn)而生，也越來(lái)越受到人們的重視。OFDM技術(shù)屬于多載波調(diào)制，它的特點(diǎn)是各子載波相互正交，使擴(kuò)頻調(diào)制后的頻譜可以相互重疊，從而減小了子載波間的相互干擾。如今OFDM憑借著很高的頻譜利用率，并作為一種可以有效對(duì)抗信號(hào)波形間干擾的高速傳輸技術(shù),被廣泛應(yīng)用于WLAN和B3G中，而且在4G中也將占據(jù)很重要的位置，所以對(duì)OFDM的深入研究是很有意義的。二、OFDM的基本原理介紹信系統(tǒng)的效率，說(shuō)到底就是頻譜利用率和功率利用率。特別是在無(wú)線通信的情況下，對(duì)這兩個(gè)指標(biāo)的要求往往更高，尤其是頻譜利用率。由于空間可用頻譜資源是有限的，而無(wú)線應(yīng)用卻越來(lái)越多，使得無(wú)線頻譜的使用受到各國(guó)政府的嚴(yán)格管理并統(tǒng)一規(guī)劃。于是，各種各樣的具有較高頻譜效率的通信技術(shù)不斷被開(kāi)發(fā)出來(lái)，OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）是目前已知的頻譜利用率最高的一種通信系統(tǒng)，它將數(shù)字調(diào)制、數(shù)字信號(hào)處理、多載波傳輸?shù)燃夹g(shù)有機(jī)結(jié)合在一起，使得它在系統(tǒng)的頻譜利用率、功率利用率、系統(tǒng)復(fù)雜性方面綜合起來(lái)有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力，是支持未來(lái)移動(dòng)通信特別是移動(dòng)多媒體通信的主要技術(shù)之一。 OFDM是一種多載波傳輸技術(shù)，N個(gè)子載波把整個(gè)信道分割成N個(gè)子信道，N個(gè)子信道并行傳輸信息。OFDM系統(tǒng)有許多非常引人注目的優(yōu)點(diǎn)。第一，OFDM具有非常高的頻譜利用率。普通的FDM系統(tǒng)為了分離開(kāi)各子信道的信號(hào)，需要在相鄰的信道間設(shè)置一定的保護(hù)間隔（頻帶），以便接收端能用帶通濾波器分離出相應(yīng)子信道的信號(hào)，造成了頻譜資源的浪費(fèi)。OFDM系統(tǒng)各子信道間不但沒(méi)有保護(hù)頻帶，而且相鄰信道間信號(hào)的頻譜的主瓣還相互重疊，但各子信道信號(hào)的頻譜在頻域上是相互正交的，各子載波在時(shí)域上是正交的，OFDM系統(tǒng)的各子信道信號(hào)的分離（解調(diào)）是靠這種正交性來(lái)完成的。另外，OFDM的個(gè)子信道上還可以采用多進(jìn)制調(diào)制（如頻譜效率很高的QAM），進(jìn)一步提高了OFDM系統(tǒng)的頻譜效率。第二，實(shí)現(xiàn)比較簡(jiǎn)單。當(dāng)子信道上采用QAM或MPSK調(diào)制方式時(shí)，調(diào)制過(guò)程可以用IFFT完成，解調(diào)過(guò)程可以用FFT完成，既不用多組振蕩源，又不用帶通濾波器組分離信號(hào)。第三，抗多徑干擾能力強(qiáng)，抗衰落能力強(qiáng)。由于一般的OFDM系統(tǒng)均采用循環(huán)前綴（Cyclic Prefix，CP）方式，使得它在一定條件下可以完全消除信號(hào)的多徑傳播造成的碼間干擾，完全消除多徑傳播對(duì)載波間正交性的破壞，因此OFDM系統(tǒng)具有很好的抗多徑干擾能力。OFDM的子載波把整個(gè)信道劃分成許多窄信道，盡管整個(gè)信道是有可能是極不平坦的衰落信道，但在各子信道上的衰落卻是近似平坦的，這使得OFDM系統(tǒng)子信道的均衡特別簡(jiǎn)單，往往只需一個(gè)抽頭的均衡器即可。三、OFDM中的關(guān)鍵技術(shù)(1) 峰均功率比PAR(Peak to Average Ratio)由于OFDM信號(hào)時(shí)域上為個(gè)正交子載波信號(hào)的疊加，當(dāng)這個(gè)信號(hào)恰好都以峰值出現(xiàn)并將相加時(shí)，OFDM信號(hào)也將產(chǎn)生最大峰值，該峰值功率是平均功率的N倍。盡管峰值功率出現(xiàn)的概率較低，但為了不失真地傳輸這些高峰均值比的OFDM信號(hào)，對(duì)發(fā)送端和接收端的功率放大器、AD變換器的線性度要求較高，且發(fā)送效率較低。為了解決這一問(wèn)題，人們提出了幾種解決方法信號(hào)失真技術(shù)，采用峰值修剪技術(shù)和峰值窗口去除技術(shù)，使峰值振幅值簡(jiǎn)單地非線性去除。選用合適的編碼和解碼方法，將峰值功率控制和信道編碼結(jié)合起來(lái)，以避免出現(xiàn)較大的峰值信號(hào)。在每個(gè)子載波中插入不同的相位變換，相位變換的選擇是偽隨機(jī)的，減少OFDM的PAR。(2) 時(shí)域和頻域同步與其它數(shù)字通信系統(tǒng)一樣，oFDM系統(tǒng)需要可靠的同步技術(shù)，包括定時(shí)同步、頻率同步和相位同步，其中頻率同步對(duì)系統(tǒng)的影響最大。移動(dòng)無(wú)線信道存在時(shí)變性，在傳輸過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)無(wú)線信號(hào)的頻率偏移，這會(huì)使0FDM系統(tǒng)子載波間的正交性遭到破壞，使子信道間的信號(hào)相互干擾，因此頻率同步是oFDM系統(tǒng)的一個(gè)重要問(wèn)題。為了不破壞子載波間的正交性，在接收端必須對(duì)頻率偏差進(jìn)行估計(jì)和補(bǔ)償。在具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，同步可分為時(shí)域同步和頻域同步，也可以時(shí)域頻域同時(shí)進(jìn)行同步。(3) 信道估計(jì)接收端使用差分檢測(cè)時(shí)不需要信道估計(jì)，但仍需要一些導(dǎo)頻信號(hào)提供初始的相位參考，差分檢測(cè)可以降低系統(tǒng)的復(fù)雜度和導(dǎo)頻的數(shù)量，但卻損失了信噪比。OFDM系統(tǒng)對(duì)頻偏比較敏感，所以一般使用相于檢測(cè)。在系統(tǒng)使用相干檢測(cè)時(shí)，信道估計(jì)是必須的。信道估計(jì)器的設(shè)計(jì)主要有兩個(gè)問(wèn)題一是導(dǎo)頻信號(hào)的選擇，由于無(wú)線信道常常是衰落信道，需要不斷地對(duì)信道進(jìn)行跟蹤，因此導(dǎo)頻信號(hào)也必須不斷地傳送；二是信道估計(jì)器的設(shè)計(jì)，既要有較低的復(fù)雜度又要有良好的導(dǎo)頻跟蹤能力。為了提高信道估計(jì)的精度，可以插入連續(xù)導(dǎo)頻和分散導(dǎo)頻，導(dǎo)頻的數(shù)量是信道估計(jì)精度和系統(tǒng)復(fù)雜度的折衷。(4) 信道編碼和交織為了對(duì)抗無(wú)線衰落信道中的隨機(jī)錯(cuò)誤和突發(fā)錯(cuò)誤，提高數(shù)字通信系統(tǒng)性能，通常采用信道編碼和交織技術(shù)。對(duì)于衰落信道中的隨機(jī)錯(cuò)誤，可以采用信道編碼；對(duì)于衰落信道中的突發(fā)錯(cuò)誤，可以采用交織技術(shù)。OFDM系統(tǒng)本身具有利用信道分集特性的能力，一般的信道特性信息已被oFDM這種調(diào)制方式本身所利用，可以在子載波間進(jìn)行編碼，形成編碼的oFDM，OFDM技術(shù)與信道編碼、頻率時(shí)間交織結(jié)合起來(lái)，能進(jìn)一步改善整個(gè)系統(tǒng)的性能。四、OFDM在認(rèn)知無(wú)線電中的應(yīng)用（及優(yōu)缺點(diǎn)）(1) OFDM技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)OFDM技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：系統(tǒng)復(fù)雜度較低，容易實(shí)現(xiàn)。各子信道的正交調(diào)制和解調(diào)可通過(guò)離散傅立葉反變換(IDFT)和離散傅立葉變換(DFT)實(shí)現(xiàn)。對(duì)很大(32)的系統(tǒng)，可以通過(guò)快速傅立葉變換(FFT)來(lái)實(shí)現(xiàn)。抗頻率選擇性衰落或窄帶干擾性能強(qiáng)，在多載波系統(tǒng)中，僅有很小一部分載波會(huì)受到干擾。對(duì)這些子信道可以采用糾錯(cuò)碼來(lái)進(jìn)行糾錯(cuò)。頻譜利用率高，OFDM技術(shù)將給定信道分成許多正交子信道。子信道的頻譜相互重疊，提高了頻譜使用效率。靈活開(kāi)放，無(wú)論從無(wú)線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的使用需求，還是從移動(dòng)通信系統(tǒng)自身要求，都希望物理層支持非對(duì)稱高速數(shù)據(jù)傳輸，而OFDM系統(tǒng)可以很容易使用不同數(shù)量的子載波來(lái)實(shí)現(xiàn)上下鏈路中不同的傳輸速率。OFDM技術(shù)存在兩個(gè)不足對(duì)頻率偏移很敏感，OFDM的基礎(chǔ)是子載波必須滿足正交，如果正交性惡化，則整個(gè)系統(tǒng)的性能會(huì)嚴(yán)重下降，產(chǎn)生OFDM特有的子載波間串?dāng)_。峰值與均值功率比PAR較大，這個(gè)比值的增大會(huì)降低射頻放大器的發(fā)射效率，并且需要放大器具有更寬的線性范圍。因此，解決OFDM系統(tǒng)的同步和降低信號(hào)的峰值平均功率比PAR，成為OFDM技術(shù)研究的熱點(diǎn)。 (2) OFDM在認(rèn)知無(wú)線電中的應(yīng)用認(rèn)知無(wú)線電(cogrlitive Radio)，是一種新的智能無(wú)線通信技術(shù)。認(rèn)知無(wú)線電具有認(rèn)知周圍無(wú)線電磁環(huán)境的能力，以更為靈活的方式來(lái)管理無(wú)線電頻譜資源，提高無(wú)線電通信頻譜的利用率。認(rèn)知無(wú)線電拓展了無(wú)線電通信領(lǐng)域的空間。為了解決頻譜資源的日益緊張和目前固定分配頻譜利用率較低的矛盾，就要找到更有效的方法來(lái)充分認(rèn)知和利用無(wú)線頻譜資源。基本途徑有兩條：其一，提高頻譜利用率，將已授權(quán)用戶的頻譜資源充分利用，減少浪費(fèi)，其二，提高系統(tǒng)通信效率，將已獲得的頻率資源和其它資源綜合優(yōu)化分配，進(jìn)而提高利用率。正交頻分復(fù)用(OFDM)技術(shù)是目前公認(rèn)的比較容易實(shí)現(xiàn)頻譜資源控制和有效利用的傳輸方式。OFDM技術(shù)具備頻譜利用率高，有較強(qiáng)的抗多徑干擾、抗頻率選擇性衰落和頻率擴(kuò)散能力等特點(diǎn)，oFDM調(diào)制方式可以通過(guò)頻率的組合或裁剪實(shí)現(xiàn)頻譜資源的充分利用，可以靈活控制和分配頻譜、時(shí)間、功率和空間等資源。因此，OFDM技術(shù)被作為認(rèn)知無(wú)線電中首選的復(fù)用和調(diào)制技術(shù)。OFDM系統(tǒng)具有裁剪功能，通過(guò)子載波的分配，將一些不規(guī)律和不連續(xù)的頻譜資源進(jìn)行整合，按照一定的公平原則將頻譜資源分配給不同的用戶，實(shí)現(xiàn)資源的合理分配和利用。特別是復(fù)合自適應(yīng)傳輸技術(shù)，將OFDM和認(rèn)知無(wú)線電概念以及一系列自適應(yīng)傳輸技術(shù)結(jié)合，從而達(dá)到無(wú)線電資源的合理分配和充分利用。五、結(jié)束語(yǔ)OFDM技術(shù)有著非常廣闊的發(fā)展前景，已成為第四代移動(dòng)通信(4G)的核心技術(shù)。IEEE 80211a、IEEE 802119等標(biāo)準(zhǔn)為了支持高速數(shù)據(jù)傳輸都采用了OFDM調(diào)制技術(shù)。目前，OFDM結(jié)合時(shí)空編碼、分集、干擾和鄰道干擾抑制以及智能天線技術(shù)，最大限度地提高了物理層的可靠性，如果再結(jié)合自適應(yīng)調(diào)制、自適應(yīng)編碼以及動(dòng)態(tài)子載波分配和動(dòng)態(tài)比特分配算法等技術(shù)，可以使其性能進(jìn)一步優(yōu)化。從理論上講， OFDM技術(shù)要優(yōu)于當(dāng)前移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商所采用的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。總之，由于OFDM技術(shù)良好的性能，將成為未來(lái)無(wú)線通信中的核心技術(shù)，在認(rèn)知無(wú)線電、4G移動(dòng)通信和無(wú)線寬帶接入等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。參 考 文 獻(xiàn)1 李仲令等 現(xiàn)代無(wú)線與移動(dòng)通信技術(shù) 科學(xué)出版社2006：4