基于SLM算法的OFDM峰均比抑制算法研究毕业设计论文.docx

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1、江苏科技大学本科毕业论文基于SLM算法的OFDM峰均比抑制算法研究A Research on Selected Mapping scheme forPAPR Reduction in OFDM毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导

2、教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标

3、明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日江苏科技大学毕业设计（论文）任务书学院名称：计算机科学与工程 专 业： 学生姓名： 学 号： 指导教师： 职 称： 毕业设计（论文）题目： 基于SLM算法的

4、OFDM峰均比抑制算法研究 一、毕业设计（论文）内容及要求（包括原始数据、技术要求、达到的指标和应做的实验等）1、提供条件：OFDM系统中存在的一个主要的缺点就是峰值平均功率比(peak-to-average power ratio) 过高的问题，也就是相对于单载波系统而言，OFDM发射机的输出信号的瞬时值会有较大的波动。PAPR较大是OFDM系统所面临的一个重要问题，必须要研究如何减小大峰值功率信号的出现概率。本课题要求学生对OFDM系统中的峰值平均功率比原理进行研究，学习OFDM系统，研究如何减小大峰值功率信号的出现技术，利用计算机技术进行计算仿真。 2、设计内容与要求:(1) 调研收集分

5、析有关资料，研究OFDM系统产生高峰均比的原因；(2) 选择合适的实现方案抑制高峰均比; (3) 使用计算机仿真软件进行方案的验证以及动态的模拟;(4) 对不同的参数下降低峰均比的分析与仿真；(5) 对算法进行改进以及仿真分析； 二、完成后应交的作业（包括各种说明书、图纸等）1. 毕业设计论文一份（不少于1.5万字）；2. 外文译文一篇（不少于5000英文单词）；3. 源程序代码。三、完成日期及进度2012年3月19日至2012年6月15日，共13周。进度安排：1. 3.19-4.1（两周）资料查找、方案论证、开题报告撰写；2. 4.2-4.15（两周）MATLAB开发环境的掌握；3. 4.1

6、6-5.6（三周）进行算法的研究、系统的仿真、综合工作；4. 5.7-5. 20（两周）系统调试及动态仿真结果的分析；5. 5.21-6. 3（两周）撰写毕业设计论文，整理文档；6. 6.4-6.15（两周）准备答辩；毕业设计答辩。 四、主要参考资料（包括书刊名称、出版年月等）:1. BAML R W, FISCHER R F H, HUBER J B. Reducing the peak-to-average power ratio of multicarrier modulation by selected mapping. Electronics Letters,1996,32(22):

7、 2056-2057.2. D. W. Lim. On the phase sequences of SLM OFDM system for PAPR reduction. ISITA, Parma, Italy, Oct. 2004: 230-235.3. A. D. S. Jayalath, C. Tellambura. SLM and PTS peak-power reduction of OFDM signals without side information. IEEE Trans. Wireless Common. 2005, 4(5): 2006-2013.4. HAN S H

8、, LEE J H. An overview of peak-to-average power ratio reduction techniques for multicarrier transmission. IEEE wireless commun., 2005, 12(2): 56-65.5. MARC O B, S TE FAN H M-W, JOHANNES B H. SLM Peak-power reduction without explicit side information. IEEE Commun. Letters, 2001, 5(6): 239-241.6. 罗涛，乐

9、光华. 多载波宽带无线通信技术. 北京：北京邮电大学出版社, 2005.7. 佟学俭, 罗涛. OFDM移动通信技术原理与应用. 北京：人民邮电出版社, 2003. 系(教研室)主任： （签章） 年 月 日 学院主管领导： （签章） 年 月 日江苏科技大学本科毕业设计（论文）摘 要正交频分复用 (Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM) 是未来无线通信的关键技术之一，具有抗频率选择性衰落和频谱利用率高等优点，但是高的峰值平均功率比 (Peak-to-Average Power Ratio, PAPR) 一直是将OFDM技术实用化的一大障

10、碍。选择映射 (Selected Mapping, SLM) 算法可以无失真地有效降低OFDM信号的峰均比，它先将原始OFDM信号与U组随机相位序列相乘，产生包含原始信息的U组OFDM信号，再选择其中PAPR最小的OFDM信号进行发送，以增加计算复杂度为代价换取对PAPR的明显改善。SLM算法的一大主要缺点是提高性能需要增加大量的快速傅里叶逆变换 (Inverse Fast Fourier Transform, IFFT) 次数，计算复杂度高。多信号表示 (Multiple Signal Representation, MSR) 算法是SLM的改进算法，它不需要增加IFFT次数，仅通过对SLM

11、算法产生的待选序列的线性组合，构造出更多的新待选序列，以此提高SLM算法的性能。本论文主要研究了SLM算法和MSR算法的原理，并且利用Matlab进行了系统仿真。文中仿真条件下，对于有128个子载波的OFDM系统来说，SLM算法和MSR算法都做4次IFFT，得出的PAPR比原始的PAPR分别减少了2.9dB和4.3dB。仿真结果表明，SLM算法能够有效地降低系统的PAPR，MSR算法能取得更好的性能。关键词：正交频分复用；峰均比；选择映射；多信号表示AbstractOrthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) is the most imp

12、ortant transmission technique for future wireless communication system. It has the high bandwidth efficiency and resistance to frequency-selective fading. However, for OFDM technology, high Peak-to-Average Power Ratio (PAPR) has been a major obstacle to practical use.Selected Mapping (SLM) algorithm

13、 is an effective method for reducing the PAPR of OFDM signal without distortion. Firstly, the original OFDM signal is multiplied by the U groups of random phase sequences, resulting in the U groups of new OFDM signals, which contain the original information. Secondly, one group with the minimum PAPR

14、 of the OFDM signals is selected to be sent. SLM algorithm improves the PAPR performance by increasing the computational complexity. One of the major shortcomings of the SLM algorithm is that it requires too many Inverse Fast Fourier Transforms (IFFTs) and high computational complexity to improve th

15、e performance.Multiple Signal Representation (MSR) algorithm is the improved SLM algorithm. It can create new candidates via linear combination of those in SLM and improve the performance of SLM without more IFFTs. In this thesis, we discuss the principles of SLM algorithm and MSR algorithm, and use

16、 the tool of Matlab for system simulation. In this paper, 128 sub-carriers and 4 IFFTs are chosen for the simulation conditions. The main simulation result is that the PAPR obtained by SLM algorithm and MSR algorithm is reduced by 2.9dB and 4.3dB than the original PAPR. The simulation results show t

17、hat SLM algorithm can effectively reduce the PAPR of the system, and that MSR algorithm can achieve better performance.Keywords: Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM); Peak-to-Average Power Ratio (PAPR); Selected Mapping (SLM); Multiple Signal Representation (MSR)目 录第一章 绪论31.1 研究背景与意义31.

18、2 研究发展与现状31.3 论文内容和结构安排3第二章 OFDM原理32.1 OFDM概述32.2 单载波与多载波32.3 OFDM基本原理32.4 OFDM系统模型32.5 OFDM优势32.6 OFDM的关键问题32.7 本章小结3第三章 OFDM系统的峰均比研究33.1 OFDM系统中的峰值平均功率比33.1.1 峰均比的定义33.1.2 高峰均比对OFDM系统的影响33.1.3 OFDM系统中峰均比的分布33.2 峰均比的抑制方法33.3 选择映射（SLM）算法减小系统峰均比33.4 本章小结3第四章 改进的SLM算法研究34.1 多信号表示（MSR）算法34.2 MSR1算法34.3

19、 MSR2算法34.4 MSR1算法和MSR2算法的比较34.5 本章小结3结 论3致 谢3参 考 文 献3IV第一章 绪论1.1 研究背景与意义随着信息化的进一步发展，未来移动通信系统需要能够用有限的频谱资源来提供更多的通信业务、更高的通信速率和更好的通信质量。正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM)是未来无线通信的关键技术之一，具有抗频率选择性衰落和频谱效率高等优点，但是，由于OFDM信号是由多个不同频率、不同振幅的信号叠加而得到的1，高的峰值平均功率比(Peak-to-Average Power Ratio, PAP

20、R)一直是将OFDM技术实用化的一大障碍。高的PAPR是OFDM系统所面临的一个重要问题，必须考虑如何减小大峰值功率信号的出现概率，从而避免非线性失真的出现。克服这一问题最传统方法是采用大动态范围的线性放大器，或者对非线性放大器的工作点进行补偿，但是这样所带来的缺点就是功率放大器的效率会大大降低，绝大部分能量都将转化为热能被浪费掉，大大增加系统的造价和实现难度。为此，很多学者从多方面进行了分析，提出了很多有效的PAPR降低方法2，这些方法大体可以分成三大类：信号预畸变技术、编码类技术和概率类技术。本毕业设计研究的SLM算法属于其中的概率类技术。概率类技术，是利用不同的加扰序列对OFDM信号进行

21、加权处理，从而选择PAPR较小的码字来传输，如选择映射(SLM)算法3-4和部分传输序列(PTS)算法5-6，这类方法抑制PAPR的效果较为明显。SLM算法是1996年由BAM L R W ，FISCHER R F H 和 HUBER J B在文献Reducing the peak-to-average power ratio of multicarrier modulation by selected mapping中3首先提出的，它的基本思想是对给定用来传输相同信息的U组统计独立（独立同分布）的OFDM符号，选择其中PAPR最小的进行传输。U组统计独立的OFDM符号是对U组长度为N的随机序

22、列进行优化加权而得到的，然后运用迭代方法求得最优解。PTS可以被当作SLM的特例情况，它将输入的数据符号分为若干分组，然后再合并这些分组，以减小PAPR 7。虽然SLM、PTS抑制PAPR的效果较为明显，但是SLM、PTS都是在频域进行的，需要进行多次额外的IFFT运算和多次的PAPR比较运算，计算量很大，因此，人们有必要研究各种方法以降低SLM或PTS算法的运算量。1.2 研究发展与现状目前，针对PTS的改进算法的研究较多。早在1999年KAN G S G等就在文献6中提出交织分组方法，以降低PTS的计算复杂度。2006年卢光跃等在文献8中提出交织分组方法的改进方案。近些年学者们提出了很多改

23、进的PTS算法。针对SLM的改进算法的研究则相对较少。2007年FISCHE R F H在文献9中分别对发送数据的实部和虚部分别进行SLM运算，然后利用待选的实部序列和虚部序列合成较多的待选数据序列,从而提高了算法的性能。张理华在文献10中提出了一种改进的SLM算法，在对信号进行过采样之后，通过用变换矩阵取代部分IFFT运算的方法来降低SLM算法计算的复杂度。2008年李延伟等在文献11中提出了一种改进的SLM算法，它的发送端和接收端不需要辅助信息。李万臣等在文献12中将SLM算法与限幅技术结合起来，所生成的新算法有效地弥补了传统SLM算法限制峰均比不足的问题，并且不用传输边带信息。赵旦峰等在

24、文献13中提出了畸变SLM法降低OFDM的系统峰均比，该方法不需发送边带信息，可将系统峰均比限制在某一门限以下，且系统误码率低。2010年刘雁飞在文献14中考虑的MSR方法是在现有SLM算法的基础上，通过对SLM方法产生的待选序列的适当组合，来产生较多的待选序列，以达到降低PAPR的目的。王玉石等在文献15中提出了一种改进的SLM算法，该算法通过在发射端对信号幅度进行选择性扩展，并对OFDM符号序列进行分组，避免了传输边带信息，节省了系统带宽，有效地降低了系统峰均比。黄平等在文献16中提出的SLM改进算法能使计算量下降50%以上，并且随着相位序列数目的增加，计算量会相应减少。代艳丽等在文献17

25、中提出了一种改进的SLM方法，新方法能够降低设备的复杂度，有利于工程的实现。2011年蒋阳等在文献18中提出了一种低实现复杂度的改善OFDM系统PAPR性能的SLM改进算法。另外，Yang Chan Cho等，D. W. Lim等，A. D. S. Jayalath等，洪善燕等，王毓韧等，蒙文武等，党煜蒲等分别在文献19-25中对各种改进的SLM算法进行了研究比较。因此，SLM和PTS的改进算法，特别是SLM的改进算法仍有较大的研究空间。1.3 论文内容和结构安排本论文在OFDM峰均比相关原理的基础上，研究了SLM算法和MSR算法的原理，并且利用Matlab进行了系统仿真，检验SLM算法能否有

26、效地降低系统的PAPR， MSR算法能否取得更好的性能。具体章节的内容安排如下：第一章为绪论部分，介绍了本论文的研究背景及意义，国内外学者的研究成果，对本文的安排做出规划。第二章介绍了OFDM的发展史，单载波和多载波体制，OFDM的基本原理和系统模型，OFDM的优势，以及OFDM的关键问题。第三章研究了OFDM系统中的峰均比问题，介绍了抑制峰均比的常用方法，研究了SLM算法的基本原理，并对系统进行了仿真。第四章研究了SLM的一种改进算法MSR算法，介绍了MSR算法两种实现方案的基本原理，并对系统进行了仿真。最后是结论部分，总结了本文的研究成果，指出了尚存在的问题。第二章 OFDM原理2.1 O

27、FDM概述正交频分复用(OFDM)是一种特殊的多载波传输方案，它可以被看作是一种调制技术，也可以被当作是一种复用技术。OFDM具有抗频率选择性衰落和频谱利用率高等优点，目前已成功应用于接入网中的高速数字环路(HDSL)、非对称数字环路(ADSL)、高清晰度电视(HDTV)的地面广播系统等，是未来无线通信的关键技术之一。OFDM的历史要追溯到20世纪60年代中期，当时R.w.Chang发表了关于带限信号多信道传输合成的论文26。他描述了发送信息可同时经过一个线性带限信道而不受信道问干扰(ICI)和符号间干扰(ISI)的原理。此后不久，Saltzberg完成了性能分析。他提出设计一个有效并行系统的

28、策略应该是集中在减少相邻信道的交叉干扰(crosstalk)而不是完成单个信道，因为前者的影响是决定性的。 1970年1月，有关OFDM的专利首次公开发表，其基本思想就是通过采用允许子信道频谱重叠，但又相互间不影响的频分复用(FDM)的方法来并行传送数据，不仅无需高速均衡器，有很高的频谱利用率，而且有较强的抗脉冲噪声及多径衰落的能力。OFDM早期的应用有ANIGSC-1O(KATH-RYN)高频可变速率数传调制解调器(Modem)。该Modem利用34路子信道并行传送34路低速数据，每个子信道采用相移键控(PSK)调制，且各子信道载波相互正交，间隔为84Hz。但是在早期的OFDM系统中，发信机

29、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，且在相关接收时各副载波需要准确地同步，因此当子信道数很大时，系统就显得非常复杂和昂贵。 对OFDM做主要贡献的是Weinstein和Ebert在1971年的论文，Weinstein和Ebert提出使用离散傅里叶变换(Discrete Fourier Transform, DFT)，实现OFDM系统中的全部调制和解调功能的建议。因而简化了振荡器阵列以及相关接收机中本地载波之间的严格同步的问题，为实现OFDM的全数字化方案作了理论上的准备。用离散傅里叶变换(DFT)完成基带调制和解调，这项工作不是集中在单个信道，而是旨在引入消除子载波间干扰的处

30、理方法。为了抗ISI和ICI，他们在时域的符号和升余弦窗之间用了保护时间，但在一个时间弥散信道上的子载波间不能保证良好的正交性。 另一个主要贡献是Peled和Ruiz在1980年的论文，他引入了循环前缀(Cyclic Prefix, CP)的概念，解决了正交性的问题。他们不用空保护间隔，而是用OFDM符号的循环扩展来填充，这可有效地模拟一个信道完成循环卷积，这意味着当CP大于信道的脉冲响应时就能保证子载波间的正交性。 随着VLSI的迅速发展，已经出现了高速大阶数的FFT专用芯片及可用软件快速实现FFT的数字信号处理(DSP)的通用芯片，且价格低廉，使利用FFT来实现OFDM的技术成为可能。19

31、81年Hirosaki用DFT完成的OFDM调制技术，试验成功了16QAM多路并行传送19.2 kb/s的电话线Modem。而在无线移动信道中，尽管存在着多径传播及多普勒频移所引起的频率选择性衰落和瑞利衰落，但OFDM调制还是能够减轻瑞利衰落的影响。这是因为在高速串行传送码元时，深衰落会导致邻近的一串码元被严重破坏，造成突发性误码。而与串行方式不同，OFDM能将高速串行码流转变成许多低速的码流进行并行传送，使得码元周期很长，即远大于深衰落的持续时间，因而当出现深衰落时，并行的码元只是轻微的受损，经过纠错就可以恢复。另外对于多径传播引起的码间串扰问题，其解决的方案是在码元间插入保护间隙，只要保护

32、间隙大于最大的传播时延时间，码间串扰就可以完全避免。 正基于此，1984年，Cimini提出了一种适于无线信道传送数据的OFDM方案。其特点是调制器发送的子信道副载波调制的码型是方波，并在码元间插入了保护间隙。虽然各子信道的频谱为sinx/x形，但由于码元周期很长，单路子信道所占的频带很窄，因而位于信道频率边缘的子信道的拖尾，对整个信道带宽影响不大，可以避免多径传播引起的码间串扰。同时由于省去了升余弦滤波器，使实现的方案非常简单，因此后来的大多数OFDM方案都是以此为原形实现的。 20世纪80年代以来，OFDM技术逐渐开始在数字音频广播(DAB)，数字视频广播(DVB)，高速数字用户环路(HD

33、SL)得到应用以及各种无线标准中得到广泛应用。欧洲电信标准协会(ETSI)在1995年制定了基于OFDM技术的DAB标准，接着在1997年制定了基于OFDM技术的DVB标准；1998年IEEE90211标准组选择OFDM为WLAN的物理层接入方案，这也是OFDM第一次用到分组业务通信中；1999年IEEE80211a的一个5GHz的无线局域网标准采用OFDM技术作为物理层标准；2003年开始制定的IEEES0220移动宽带接入(MBWA)标准主要采用OFDM技术；城域网标准IEEE80216和第三代移动通信长期演进(Long Term Evolution, LTE)的提案中，OFDM也是作为不

34、可或缺的物理层关键技术。OFDM系统具有频谱利用率高、抗多径衰落能力强和硬件实现容易等诸多优势，是下一代移动通信系统（Beyond 3G或4G）的关键技术之一，加之人们对无线通信宽带化、个人化和移动化的需求，OFDM技术必将得到进一步的发展和更加广泛的运用。2.2 单载波与多载波 通信技术的发展日新月异，在传输信息的年代，人们凭借聪慧的大脑发明了一个又系统。现在的移动通信技术已趋于高科技化，从几十年前的单载波系统到如今的多载波调制系统，为我们的生活增添了不少方便。所谓的单载波调制，是在传输过程中，采用一个信号载波来传输数据。单载波调制也有很多种方法，如正交幅度调制(QAM)，脉冲编码调制(PC

35、M)，自适应差分脉码调制，增量调制等。 QAM前面的数字表示在调制过程中映射都星座图上的模数。如图2-1，图2-2，图2-3。图 2-1 16QAM星座图图 2-2 64QAM星座图 图 2-3 256QAM星座图由于单载波调制所要达到的速率不能满足现在的通信，所以我们正朝着另一个方向发展多载波调制技术。多载波调制简称MCM，其英文全名为Multi-Carrier-Modulation。多载波调制就是在传输过程中，将高速传输的数据流通过串并转换等技术，变成为很多路低速的数据流，而每一路数据流则在各自的信道上传输。这样的情况下，数据流中的数据不会相互干扰，那么就可以看成是在自己的平坦信道上传输，

36、可以有效减小ISI（符号间干扰）和ICI（载波间干扰）。其实，多载波调制技术也不是一个很新的技术，早在20世纪50年代，就由美国军方研制出了第一个多载波技术，只是由于在快速傅立叶变换的到来之前不易实现，所以，才有最近几十年的快速发展。多载波系统的优点在于：第一，能够把一个频率选择性衰落的影响分散到许多个符号上，有效地使衰落或脉冲引起的衰落随机化，这样就不是几个相邻的符号遭到破坏，而是许多个符号都有轻微的失真，从而可以用前向纠错使其恢复。第二，由于把整个可利用的带宽划分成许多个窄带子信道，因此单个子信道上的频率响应变得相对平坦了许多，所需的均衡要比串行系统简单，若采用差分编码甚至可以不用均衡。第

37、三，并行调制可使符号的速率下降，延长符号的持续时间，使系统可以很好地对抗时延扩展。另外，多载波系统可提供比串行方式更高的数据传输速率，具有较高的频谱利用率，这些使它在宽带通信中得到广泛的应用。多载波调制可以认为是一种频域技术，而传统HF通信的单载波调制则是一种时域技术。多载波调制抵抗时域脉冲干扰能力较强，但它容易受到频域脉冲的干扰，可以通过关闭相应的子信道来消除其影响，单载波调制抵抗频域和时域干扰的能力则正相反。两者的另一种时频对偶特性是，为了消除ISI，单载波调制需要保留一部分频谱用于波形形成（频域），而多载波调制需要插入一定的保护间隔（时域）。另外，对于多径衰落信道，单载波调制可以插入一个

38、训练序列用于自适应均衡器收敛和系统同步，多载波调制通常则是发送一个导频以获取频域均衡和信道译码所需要的信道状态信息。OFDM是多载波调制的一种，并且各个子载波需要保持正交性21，在MCM中这一条件不总是成立。设在一个子信道中，子载波的频率为，码元持续时间为，则此码元的波形和其频谱密度画出如图2-4：图 2-4 单个子载波码元波形和频谱密度在OFDM中，各相邻子载波的频率间隔等于最小容许间隔 ，故各子载波合成后的频谱密度曲线如下图：图 2-5 各子载波合成后的频谱密度虽然由图2-5，各路子载波有频谱重叠，但是实际上在一个码元持续时间内它们是正交的。故在接收端很容易利用此正交特性将各路子载波分离开

39、。采用这样密集的子载频，并且在子信道间不需要保护频带间隔，因此能够充分利用频带。这是OFDM的一大优点。下表2-1列出了单载波与多载波传输方式在符号时间、速率、频带带宽和对ISI敏感度等几方面的比较。其中，N为子载波个数，为一个OFDM符号的持续时间。 表 2-1 单载波与多载波传输方式比系统参数单载波多载波符号时间/N速率N/1/总频带带宽2N/2N/+N(2)ISI敏感度较敏感较不敏感2.3 OFDM基本原理 OFDM是多载波调制的一种。在传输过程中，无线信道多是不平坦的，而OFDM是一个具有很多信息的高速数据流，那么就必须采取信道中的不平坦处理，才能有效的把数据传输出去。 OFDM的思想

40、是把传输中的数据流分成多个部分，把无线信道分成N个信道，而传输的数据流则是分成N条数据，在N个信道上分别传输。虽然总的信道是不平坦的，具有频率选择性，但是每个信道在自己的信道上传输，解决了平坦性。这样不仅有利于增大在传输过程中的符号的周期时间，还可以减少码间的干扰。最重要的一点是，加入了保护间隔，可以最大消除符号间干扰。OFDM是一种特殊的多载波调制技术，传输的信息通过串并转换，在多个子信道上传输，不像传统的调制在一个时刻只能传输一个频率的信号，OFDM可以在正交的频率上同时传送多路信号，能够充分的利用信道的带宽。在OFDM系统中，每个传输符号速率的大小大约在几十bit/s到几十bit/s之间

41、，必须进行串并转换，将输入的串行比特流转换成可以传输的OFDM符号。因为调制模式可以自行转换，是可以自适应性调节的，所以每个子载波的调制模式可以变化，故串并变换需要分配给每个子载波数据段的长度也是不一样的。在接收端执行相反的过程，从各个子载波处传来的数据被转换回原始的串行数据。当一个OFDM符号在多径无线信道中传输时，频率选择性衰落会导致某几组子载波受到相当大的衰减，从而引起比特错误，这些在信道频率响应上的零点会造成在邻近的子载波上发射的信息受到破坏，导致在每个信号中出现一连串的比特错误。与一大串错误连续出现的情况比较相比较，大多数前向纠错编码在错误分布均匀的情况下会工作得更有效。所以，为了提

42、高系统的性能，大多数系统采用数据加扰作为串并转换工作的一部分。 正交频分复用技术不需要带通滤波器来分割子载波，DSP技术的成熟，可以通过快速傅立叶变换来选用那些即使混叠也能够保持正交的波形。2.4 OFDM系统模型在OFDM中，调制和解调是必不可少的。在调制过程中，有多路子载波，如果对子载波上的信号进行差分相位键控调制方式，简称PSK调制方式，其调制和解调原理如下：图 2-6 调制器原理图图 2-7 解调器原理总体来说，OFDM原理即为在发送端，将数据通过编码，得到有用数据，再经过串并转换，将高速数据流变为低速数据流，分在多信道上传输，每个信道上的数据各自相互不影响，在快速傅立叶逆变换的作用下

43、，再经过并串转换后得到数据流，插入循环前缀，进行数模转换后，得到模拟信号，调制到信道中进行传输；在接收端，首先经过解调，再进行模数变换，得到数字信号后进行傅立叶变换，得到数据。如图2-8所示。2.5 OFDM优势OFDM具有不可替代的优势，其应用深入到各个通信技术中，无论是无线接入，数字广播电视，数字音频还是低压电力线都有其应用。其优势如下： 图 2-8 OFDM原理框图 (1) 频谱利用率高在如今的无线环境中，频偏利用率作为参考信道传输好坏的一个重要标志，如果频偏利用率上不去，会浪费很多资源的。而OFDM的频偏利用率接近是传统传输系统频谱利用率的两倍。由于OFDM在信号的传输过程中，各个子载

44、波间相互重叠，子载波数随着数量的增加系统的频谱利用率不断提高。(2) 信号时间长 在传输过程中，OFDM采用串并转换的方式，使高速数据流分给多路子信道上传输，那么，每个子信道上的传输速率就小很多了，每个子信道上的信号时间相对延长，并采用插入循环前缀的方法，有效的减少了符号间干扰。(3) 抗多径干扰和频率选择性衰落强由于插入了CP，抗多径干扰能力提高了很多。另外，加入CP也使得在接收机中对抗了时间偏差。(4) 易于实现在OFDM系统中，由于使用了快速傅立叶变换，能够很容易就实现其目的。我们都知道，快速傅立叶变换中有个很重要的蝶形变换，能够节省很多算法的时间。(5) 采用快速傅立叶变换发送端通过使

45、用快速傅立叶反变换，把频谱的调制信号转化为时域的信号发送出去，而在接收端，则通过傅立叶变换把接收到的时域信号变为频域信号。使用快速傅立叶变换，大大减少了计算量。(6) 节约了带宽正交的频分复用需要频偏相互重叠，可以节约很大一部分带宽。如图2-9，图2-10。图 2-9 传统的频分复用图 2-10 正交频分复用2.6 OFDM的关键问题在实际过程中，虽然OFDM具有多种优势，但是也有一定的注意问题。需要解决这些问题，才能实现OFDM的多种优点。(1) OFDM同步同步技术是OFDM的一个最为关键的技术，因为它对OFDM系统的影响最大，直接影响系统的性能。在多载波系统中，会产生频率偏移，而载波间的

46、频率偏移会使导致干扰。在OFDM系统中，包括载波同步，符号同步和样值同步。(2) OFDM信道估计无线信道不像有线信道那么固定，无线通信系统的性能受到无线信道的影响，如受到频率选择性衰落等等，使得发射机和接收机之间的传播路径非常复杂，这就对接收机的设计提出了很大的挑战。进行信道估计，最大的优点就是让我们传输的信息得到相关解调，预先知道信道的频谱特性，实现信号的正确接收。常见的信道估计方法有基于导频信道和基于导频符号两种。由于OFDM系统一般都是时间和频率共同作用，可以同时在时间轴和频率轴两个方面插入导频符号，在接收端提取导频符号估计信道传输函数。(3) 峰值平均功率比一个OFDM符号是由多个独立的经过调制的子载波信号相加而成，在某个时候，若多个子载波以同一个方向进行累加时，就会产生比较大的峰值平均功率，简称PAPR(Peak-to-Average Power)。峰值信号的功率与信号的平均功率之比，称为峰值平均