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时间:2019-05-12
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1、一、宽带高速无线传输技术概述无线移动通信经过几十年的发展,形成了以技术拉动需求,以需求推动技术的发展格局,逐步成为最具发展活力的产业之一。随着高速无线业务的快速增长,无线移动通信从1G模拟、2G数字很快发展到现在的3G高速以及未来的B3G/4G宽带网络,在技术体制上逐步形成了从单载波发展到多载波,从单天线、智能天线(smart-antenna)发展到多入多出(MIMO)的多天线结构,从频分复用(FDMA)、时分复用(TDMA)、码分复用(CDMA)单独制式发展到混合制式。在下一代B3G/4G的宽带技术中,形成了以MIMO、正交频分复用OFDM(OrthogonalFrequenc
2、yDivisionMultiplexing)以及OFDMA多址接入的多天线多载波技术平台。在诸多的移动通信技术中,形成单载波和多载波调制技术两大主流体制,两类调制技术互有优势。单载波调制技术最早出现,是较为成熟的技术。单载波技术是基于数据“点”处理的技术。单从调制技术本身来看,具有频谱利用率高、传输效率高、调制映射后的信号峰均比低、载噪比门限低、对载波偏差不敏感、实现简单等优点。但同时,对付信道频率选择性衰落(造成符号间干扰ISI)的要求较高,需要利用自适应均衡技术。然而,均衡器和控制均衡器的自适应算法结构相对复杂,将增加接收机设计的难度(注:理想的时域单载波系统和多载波系统的性
3、能一样。传统的时域均衡器复杂度与信道的最大时延扩展成正比,而多载波的频域均衡器复杂度与信道的最大时延扩展的对数成正比。)。随着对单载波均衡器的深入研究,结果发现单载波频域均衡器(SC-FDE)优于时域均衡器(SC-TDE)。单载波频域均衡系统综合了OFDM系统和单载波时域均衡系统的优点,在复杂度和性能方面采取了折衷设计,并在IEEE802.16/LTE标准采用单载波频域均衡,SC-FDE成为目前的研究热点。OFDM技术是基于数据“块”处理的技术。多载波系统以频谱利用率高著称,但由于OFDM技术在实际使用中,添加了保护间隔和大量的导频信息,因此使得频谱利用率下降;对于符号间干扰IS
4、I,OFDM不但可以通过插入循环前缀(CP)的方法,有效地抑止多径带来的ISI干扰,还可以通过对信道时变特性的合理估计,灵活地设计系统的符号长度,减轻信道时变特性对系统性能的影响。多载波系统由于数据被平均到了各个子载波上,因此对抗频率选择性衰落的能力较强,但对多载波系统固有的对载波偏差和定时误差敏感却无能为力;而用IFFT进行调制后的信号具有较高的峰均比(peak-to-averagepowerratio,PAPR),这对后级发射系统的线性要求非常高,在这方面,单载波体制具有明显优势。在宽带高速无线通信领域,单载波和多载波调制两大体制互有优势,均有具体应用,相互共存。下面对此分别
5、论述。27二、多载波OFDM传输技术体制2.1、多载波调制基本概念多载波调制有多种提法,如OFDM、离散多音调制(DiscreteMulti-Tone,DMT)和多载波调制(Multi-carrierModulation,MCM)。这三种提法稍有不同,在OFDM中各子载波保持相互正交,而在MCM中并没有这个限制条件。子载波间存在三种不同设置方案:1)将这个频带分成N个不重叠的子带(简单的频分复用FDM),利用滤波器组进行分离。这种方案的优点是简单、直观,缺点是频谱利用率低;2)采用偏置QAM技术,在3dB处载波频谱重叠,其复合频谱是平坦的;3)OFDM方案,各子载波有1/2重叠,
6、但保持正交,使得频谱利用率提高1倍。2.2、OFDM的基本原理OFDM是一种特殊的多载波(MCM)传输技术,它既可以被看作是一种调制技术,也可以被当作一种复用技术。OFDM的基本原理就是把高速的数据符号流通过串并转换,分配到传输速率相对较低的若干个子载波上并行传输(同时并同步传输不同的信息符号),可以减小宽带系统的频率选择性衰落所带来的影响;每个子载波在一个OFDM符号周期内都包含整数个周期,且各个相邻子载波之间相差一个周期,这样可以保证子载波之间的正交性,与普通频分复用(FDM)相比,具有较高的频谱利用率;通过加入循环前缀(CP),有效地避免各个子载波上的符号间干扰(ISI);
7、通过灵活选择OFDM符号的长度,可以减少信道时变特性对OFDM系统性能的影响;OFDM系统的调制和解调可以分别由IFFT/FFT来实现,实现简单。在接收端,只需要利用简单的频域均衡器就可以有效补偿信道的衰落,大为简化系统实现的复杂度。2.3、OFDM发展简史尽管OFDM的概念已经存在了很长时间,但是直到随着多媒体业务的发展,它才被认识到是一种实现高速双向无线数据通信的良好方法。OFDM最早起源于20世纪50年代中期,第一个OFDM技术的实际应用是军用的无线高频通信链路(1957年
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