161-OFDM与OFDMA系统中的同步技术研究.ppt
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1、OFDM与OFDMA系统中的 同步技术研究,学生姓名: 赵林靖 指导教师: 李建东 教授 学 科: 通信与信息系统,研究背景和现状,20世纪70年代,随着半导体技术、微电子技术和计算机技术的发展,移动通信得到了迅猛发展和应用。 1978年,美国芝加哥开通第一台模拟移动电话,标志着第一代移动通信(1G)的诞生。 1987年,我国第一个模拟移动电话系统建成并投入使用。 1993年,我国第一个全数字移动通信系统(GSM)建成开通,使我国进入了第二代移动通信(2G)时代。 2001年,数个国家相继开通了3G商用网,标志着第三代宽带数据移动通信时代的到来。 从移动通信的发展历史来看,从1978年到200
2、1年的23年时间里,每11年进行一次更新换代 ITU(国际电信联盟)已将3G之后的移动通信技术定义为B3G(Systems Beyond IMT-2000),目前有些国家称之为4G,研究背景和现状,新一代(B3G/4G)的移动通信系统可能采用演进或革新的方式来实现。 所谓演进指的是对3G系统IMT2000加以改善,而革新则指的是完全新开发的系统。 新的4G无线系统设想能支持高速移动性高达100Mb/s的峰值数据率,而对低速移动性则可达1Gb/s的数据率。 近年来,人们对实现B3G/4G的关键技术进行了大量的研究,并取得了初步的成果。正在研究的热点技术包括自适应调制与编码(AMC)、自适应复合A
3、RQ、正交频分复用(OFDM)、软件无线电、多输入多输出(MIMO)天线系统等,研究背景和现状,未来的移动通信业务将从话音扩展到数据、图像、视频等多媒体业务, 对服务质量和传输速率的要求越来越高,这对移动通信系统的性能提出了更高的要求。 必须采用先进的技术有效地利用宝贵的频率资源,以满足高速率、大容量的业务需求;同时克服高速数据在无线信道下的多径衰落,降低噪声和多径干扰,达到改善系统性能的目的,研究背景和现状,正交频分复用(OFDM)在众多技术中显示出优越的性能 OFDM应用开始于20世纪60年代,主要用于军事通信中,但因其结构复杂限制了进一步推广。 70年代,人们提出了采用离散傅氏变换实现多
4、载波调制,由于FFT和IFFT易用DSP实现,使OFDM技术开始走向实用化。 较早采用OFDM技术包括DAB(数字广播)和DVB(数字电视)。随后,宽带无线接入系统IEEE802.11g/a、802.16d/e、802.20,OFDM原理,OFDM(正交频分复用)技术实际上是MCM(多载波调制)的一种。其主要思想是:将信道分成若干正交子信道,将高速数据转换成并行的低速子数据流,并调制到每个子信道上进行传输。每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽,因此每个子信道都可以看作是一个平坦衰落信道。,OFDM的优点,抗时延扩展能力强: OFDM系统把高速数据分散到许多个子载波上,这大大降低了各子载波的
5、符号速率,从而可以减轻无线信道时间弥散所带来的ISI影响。 通过插入循环前缀的方法,可以非常有效的减轻或完全消除ISI影响。这样接收机就可以采用简单甚至不采用时域均衡器,降低了接收机设计的复杂度。 频谱利用率高: OFDM各子载波间相互正交,相邻子载波频谱有1/2重叠,因此可以大大提高频谱利用率,这对于频谱资源有限的无线通信非常有意义,OFDM的优点,具有很强的抗衰落能力: OFDM技术本身就可以自动提供频率分集的好处,再通过各子载波的联合编码,可以进一步增强处于深衰落的子载波所携带的信息能够被正确恢复的能力。 调制解调容易实现: 正交调制和解调可以采用快速算法(FFT)实现,而FFT非常容易
6、用DSP实现。 具有抗窄带干扰能力: 因为窄带干扰只会影响到一小部分子信道,所以OFDM系统可以在某种程度上抵抗这种窄带干扰。,OFDM的缺点,对载波频率偏差非常敏感: 这是由于OFDM正交子信道的频谱互相重叠的缘故。载波频偏是由于发射/接收机振荡器频率不匹配或多普勒频移引起的。 峰值平均功率比高: OFDM输出信号有多个子信道信号的叠加而成,有时会出现叠加信号的瞬时功率远远大于信号的平均功率的情况。 大的峰值平均功率比(PAR)要求发射机线性放大器必须具有大的的动态范围,这增加了发射机设计难度和成本。,OFDMA,正交频分多址接入(OFDMA, OFDM Access)被广泛应用于宽带通信系
7、统的上行链路,例如:有线电视(CATV),IEEE 802.16a标准。 在多用户移动环境中,OFDMA方案具有两个主要的优点: 合理使用循环前缀,就可以避免使用自适应均衡器; 通过FFT/IFFT运算每个用户可以很方便的访问每个子载波,这使得动态信道分配变得简单,OFDMA缺点,对载波频率偏差非常敏感 峰值平均功率比高 多用户系统中,多参数估计,认知无线电,认知无线电(Cognitive Radio)是由MITRE公司的顾问、瑞典皇家技术学院博士生约瑟夫米托拉(Joseph. Mitola)和GERALD Q. MAGUIRE, JR.教授于1999年8月在IEEE Personal Com
8、munications杂志上明确提出的。,IEEE终身会士Haykin, S.,认知无线电是一个智能无线通信系统,它能够意识到它周围的环境(即外部世界),并且通过Understanding-by-building的方法从环境中学习,并实时的通过工作参数的相应变化使其内部状态能适应在输入RF激励(stimuli)方面的统计变化,这些工作参数包括发送功率、载波频率和调制策略等; 其两个主要目标是任何时间任何需要地点的高可靠通信以及有效的无线频谱利用率。 该文还进一步阐明了干扰温度(Interference Temperature)的概念和单位、以及频谱空隙(SPECTRUM HOLES)的概念。并
9、对认知无线电的主要技术进行了讨论。,IEEE 802.22,IEEE于2004年10月正式成立IEEE802.22工作组无线区域网络(WRAN),计划2007年下半年完成标准化作业。 其目的是研究基于认知无线电的物理层、MAC层和空中接口,以无干扰的方式使用已分配给电视广播的频段。将分配给电视广播的VHF/UHF频带(北美为54MHz862MHz)的频率用作宽带接入频段。 IEEE802.22的数据通信速率为数Mbit/s数十Mbit/s,基站设备可覆盖的范围很大,如半径可超过40km。 这是继2002年实现民用的“ UWB”之后又一新的无线频率应用技术,美国XG,针对认知无线电,美国国防部提
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- 161 OFDM OFDMA 系统 中的 同步 技术研究
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