多载波数字通信 - ofdm理论和应用

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1、多载波数字通信——OFDM理论和应用前言在过去的几年中，多载波调制特别是正交频分复用（OFDM）已经被成功的应用于多种数字通信系统中。虽然OFDM当前被选择作为重要系统分集的物理层标准，但是其理论、算法和应用技术仍然是当前一个很值得研究的课题。这可以从当前技术杂志和会议中有关OFDM的大量文章中看出来。本书的目的是对当前OFDM技术理论和应用的发展进行简要的阐述。作者相信这一时机是成熟的，部分原因是因为本书的各位作者在无线系统或有线系统的开发中有丰富的经验，本书尝试在不同信道的类型之上对OFDM的性能和应用进行统一的阐述。希望这样不论对于系统的开发者和研

2、究人员以及数字通信系统有关专业的大学毕业生都是有价值的。为了简略起见，我们对于一般的通信方面知识的篇幅尽量压缩。这些理论在很多有关通信理论和技术的书籍中已经讲述了。这本书中仅仅对一些必要的不特定于多载波调制的基本概念作了简要回顾。本书中，我们首先对多载波通信的历史作了回顾。在均衡技术提出之前，在高度色散的信道中使用这种传输技术的优点，长期以来已经得到了人们的认可。我们将着重讨论OFDM技术的带宽利用率，特别是数字信号处理技术使得OFDM的调制解调成为了可能。本书描述和分析了OFDM的实现中的一些重要子系统的原理，例如同步、均衡和编码。本书对OFDM信号通

3、过不同类型信道的性能进行了分析。本书中关于OFDM的限幅（剪切）效应的讲述是作者的研究结果，过去还从未被发表过。本书以对三种非常重要的OFDM应用的介绍作为结尾，这三种OFDM应用已经制定了标准并投入实际应用。ADSL在用户和市话局之间使用普通的电话线提供了速率达到几Mbps的数字接入服务。数字广播提供了高品质的数字化的音频和视频节目的无线接收。OFDM可以实现通过地理上分布的发射机同时广播相同的信号。最后介绍了可以提供几Mbps通信速率的无线局域网的新发展。每一个这些成功的应用都得益于新的基础技术的发展。多载波调制技术仍然在迅速的发展之中。我们希望此书

4、能够看作对过去多载波技术的一个有价值的总结，对进一步取得新的进展以及目前有关的核心技术的理解提供帮助。目录第一章数字通信系统介绍1．1背景1．2OFDM的发展第二章系统结构2．1多载波系统基础2．2DFT2．3部份FFT2．1循环扩展2．2信道估计2．3附录——OFDM在时变随机信道上性能的数学模型分析第一章时不变信道上的性能分析3．1具有色噪声的时不变非平坦信道上的性能分析3．2错误率3．3子载波的比特分配3．4对固定比特率的比特和功率分配算法第二章多载波系统的限幅（剪切）效应4．1简介4．2功率放大器的非线性4．3误比特率分析4．4带宽泄漏第三章同步

5、5．1OFDM中的码元定时误差和频率同步误差对性能的影响5．2同步子系统和系统结构5．3码元定时和帧同步5．4频偏估计5．5相位噪声第四章均衡6．1简介6．2时域均衡6．3DMT中的均衡技术6．4频域均衡6．5回波抵消6．6ARMA模型的联合新息表示法第五章信道编码7．1为什么要使用信道编码7．2OFDM中的分组码7．3卷积编码7．4级联码7．5OFDM中的网格编码TCM7．6OFDM中的TurboCoding第六章ADSL8．1高速率数字服务的有线接入8．2线对（电话线）信道的传输特性8．3ADSL系统第七章无线局域网9．1简介9．2无线局域网的物理层

6、技术9．3无线局域网中的OFDM9．4接收机结构第八章数字广播10．1数字音频信号的广播10．1信号格式10．2其它的数字广播系统10．3数字视频广播第一章未来发展11．1OFDM与单载波调制技术的比较11．2限幅（剪切）效应的消除11．3传输的重叠11．4OFDM与CDMA的结合11．5OFDM在实际应用中的进展第一章数字通信系统介绍1．1背景数字通信物理层的功能一方面是将输入的数字信息映射为某种波形在物理信道中传输，这时物理信道将引入各种各样的失真和噪声；另一方面在接收端将接收到的信号波形映射为数字信息，我们希望在接收端恢复的数字信息与发送端一致[1

7、]。在概念上形式最简单的数字通信系统是脉冲幅度调制（PAM），如图1。1所示。这里被传输的波形可以如下表示：1.1这里要传输的信息是，是符号率，是发射滤波器的冲击响应，发射滤波器通常是低通。是从符号数为的符号集中选取的。因此比特率为。这里假定符号集是零均值和等间隔分布的。的取值集合能写作1.2假定是等概率的，则发射信号功率为：1.3图1。1基本的PAM系统在接收机端，信号经过滤波器，接收机可能包括一个自适应均衡器，然后对输出进行取样，将符号集中最接近的符号作为判决输出。为消除符号间干扰，一种理想化的设计是使，对所有的，是非零整数，其中是信道冲击响应。这就

8、是准则，其在频域表示为：1.4实现这种无失真传输，所需要的最小带宽是。这种情况的