基于Matlab的OFDM同步算法研究

目 录

第1章绪论 ............................................................. - 2 - 1.1引言 ............................................................... - 2 - 1．2 0FDM技术的发展及应用 .............................................. - 2 - 第2章OFDM系统原理 ..................................................... - 4 - 2.1 OFDM系统的基本原理 ................................................ - 4 - 2.1.1 OFDM原理简介 ................................................. - 4 - 2.1.2 OFDM正交调制解调框图 ......................................... - 4 - 2.1.4 循环前缀 ..................................................... - 5 - 2.2 OFDM的主要技术 ................................................... - 7 - 2.3 OFDM技术的优缺点分析 ............................................. - 8 - 2.3.1 OFDM技术主要优点 ............................................. - 8 - 2.3.2 OFDM技术的主要缺点 ........................................... - 8 - 第3章 OFDM同步问题 ................................................... - 9 - 3.1 OFDM系统同步的综述 ................................................ - 9 - 3.2 OFDM系统同步的原理 ............................................... - 10 - 3.3 OFDM系统中的同步要求 ............................................. - 10 - 3.3.1 载波同步 ..................................................... - 11 - 3.3.2 符号同步 ..................................................... - 11 - 3.3.3 样值同步 ..................................................... - 12 - 3.4 基于最大似然估计算法循环前缀的OFDM简化同步算法 .................. - 12 - 3.5 仿真 ............................................................. - 15 - 参考文献 ............................................................... - 17 - 附录 ................................................................... - 18 -

. 第1章绪论

1.1引言

进入2l世纪以来，无线通信技术正在以前所未有的速度向前发展。随着用户对各种实时多媒体业务需求的增加和互联网技术的迅猛发展，可以预计，未来的无线通信技术将会具有更高的信息传输速率，为用户提供更大的便利，其网络结构也将发生根本的变化。为了支持更高的信息传输速率和更高的用户移动速度，在下一代的无线通信中必须采用频谱效率更高、抗多径干扰能力更强的新型传输技术。在当前能提供高速率传输的各种无线解决方案中，以正交频分复用(OFDM)为代表的多载波调制技术是最有前途的方案之一。纵观移动通信的发展史，第一代模拟系统仅提供语音服务，不能传输数据；第二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；而我们目前所致力研究的第四代移动通信系统可以达到lOMbit／s-一20Mbit／s。虽然第三代移动通信可以比现有传输速率快上千倍，但是仍无法满足未来多媒体通信的要求，第四代移动通信系统的提出便是希望能满足提供更大的频宽需求。第四代移动通信系统有望以OFDM为核心技术提供增值服务，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，采用多种新技术的OFDM具有更高的频谱利用率和良好的抗多径干扰能力，它不仅仅可以增加系统容量，更重要的是它能更好地满足多媒体通信要求，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。综上所述，OFDM技术是今后高速移动数据通信中的一项核心技术。我们应该跟踪OFDM技术的最新发展，加快相关关键技术的研究，以便在高速宽带无线接入和下一代移动通信系统的研发中具有竞争力。⑦

1．2 0FDM技术的发展及应用

OFDM是一种无线环境下的多载波调制技术。该技术最早起源于20世纪50年代中期，并

且在60年代形成了使用并行数据传输和频分复用的概念，1970年1月首次公开发表了有关OFDM的专利，其基本思想通过采用允许子信道频谱重叠，但相互间又不影响的频分复用方法来并行传送数据。OFDM早期的应用有AN／GSC 10(KATHRYN)高频可变速率数传调制解调器等。第一个OFDM技术的实际应用是军用的无线高频通信链路。在早期的OFDM系统中，发信机和相关接收机所需的副载波阵列是由正弦信号发生器产生的，傅立叶变换实现系统复杂且昂贵。1971年Weinstein和Ebert提出了使用离散傅立叶变换在OFDM系统中的全部调制和解调功能的建议，简化了振荡器阵列以及相关接收机中本地载波之间严格同步的问题，

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为实现OFDM的全数字化方案作了理论上的准备12J。80年代以后，OFDM的调制技术再一次成为研究热点。例如在有线信道的研究中，Hirosaki于1981年用DFT完成的OFDM调制技术，试验成功了16QAM多路并行传送19．2kbit／s的电话线MODEM。1984年，Cimini提出了一种适于无线信道传送数据的OFDM方案。其特点是调制波的码型是方波，并在码元间插入了保护间隙，该方案可以避免多径传播引起的码间干扰。进入90年代以后，OFDM的应用研究又涉及到了利用移动调频(FM)和单边带(SSB)信道进行高速数据通信、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(ⅦDSL)、数字音频广播(DAB)及高清晰度数字电视(HDTV)和陆地广播等各种通信系统1999年IEEE802．1la通过了一个5(3Hz的无线局域网标准，其中OFDM调制技术被采用为它的物理层标准。欧洲电信标准协会(ETST)的宽带射频接入网(B＆Ⅲ)的局域网标准也把OFDM定为它的调制标准技术。1999年12月，包括Ericsson，Nolda和Wi．LAN在内的7家公司发起了国际OFDM论坛，致力于策划一个基于OFDM技术的全球统一标准。我国的信息产业部也已经参加了OFDM论坛，可见OFDM在无线通信的应用已引起了国内通信界的重视。2000年11月，OFDM论坛的固定无线接入工作组向IEEE802．16．3的无线城域网委员会提交了一份建议书，提议采用OFDM技术作为IEEE802．16．3城域网的物理层标准。随着IEEE802．1la和BRANHyperlan／2两个标准在局域网的普及应用，OFDM技术将会进一步在无线数据本地环路的广域网做出重大贡献?1。除了在理论上的研究工作外，在一些工业控制网络中，无线通信技术已获得了应用。由于无线网络无可比拟的优越性，加之无线通信技术自身的不断改进，无线通信技术在工业控制领域中必将具有广阔的发展空间和应用前景。综上所述，随着人们对通信数据化、宽带化、个人化和移动化的需求，OFDM技术在综合无线接入领域将越来越得到广泛的应用。随着DSP芯片技术的发展傅里叶变换／反变换、64／128／256QAM的高速Modem技术、网格编码技术、软判决技术、信道自适应技术、插入保护间隔、减少均衡计算量等成熟技术的逐步引用，人们已经开始集中精力开发OFDM技术在移动通信领域的应。目前，一些研究人员提出将数据辅助与非数据辅助的同步算法结合起来使用，这将成为OFDM同步技术的发展趋势。未来研究的重点还将放在如何在衰落信道中提高同步算法的性能，以及将OFDM系统中的时间、频率同步与信道估计联合进行等方面。⑦

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