沈阳航空航天大学电子信息工程学院毕业设计（论文）
元。在组帧时，须加入同步序列和信道估计序列，以便接收端进行突发检测、同步和信道估计，最后输出正交的基带信号。
当接收机检测到信号到达时，首先进行同步和信道估计。当完成时间同步、小数倍频偏估计和纠正后，经过FFT变换，进行整数倍频偏估计和纠正，此时得到的数据是QAM或QPSK的已调数据。对该数据进行相应的解调，就可得到比特流。 FDM/FDMA（频分复用/多址）技术其实是传统的技术，将较宽的频带分成若干较窄的子带（子载波）进行并行发送是最朴素的实现宽带传输的方法。但是为了避免各子载波之间的干扰，不得不在相邻的子载波之间保留较大的间隔（如图2.2左侧所示）
图2.2 OFDM调制原理图
这大大降低了频谱效率。因此，频谱效率更高的TDM/TDMA（时分复用/多址）和CDM/CDMA技术成为了无线通信的核心传输技术。但近几年，由于数字调制技术FFT（快速傅丽叶变换）的发展，使FDM技术有了革命性的变化。
1nk=[n2?k2?k?n2] （2.1.2） 2FFT允许将FDM的各个子载波重叠排列，同时保持子载波之间的正交性（以避免子载波之间干扰）。部分重叠的子载波排列可以大大提高频谱效率，因为相同的带宽内可以容纳更多的子载波。
QPSK信号的产生方法有两种方法。第一种是用相乘电路，如图2.3所示。图中输入基带信号A(t)是二进制不归零双极性码元，它被“串/并变换”
A(t)相乘电路串/并转换载波产生相加电路S(t)π/2相移相乘电路电路变成两路码元a和b。变成并行码 图2.3 QPSK信号产生方法
- 6 -
沈阳航空航天大学电子信息工程学院毕业设计（论文）
元a和b，其每个码元的持续时间是输入码元的2倍。这两路并行码元序列分别用以和两路正交载波相乘。
第二种产生方法是选择法，这时输入基带信号经过串/并变换后用于控制一个相位选择电路，按照当时的输入双比特ab，决定选择哪个相位的载波输出。
AWGN即高斯信道，在通信上指的是一种通道模型（channel model），此通道模型唯一的信号减损是来自于宽带（Bandwidth）的线性加成或是稳定谱密度（以每赫兹瓦特的带宽表示）与高斯分布振幅的白噪声。
白噪声是指功率谱密度在整个频域内均匀分布的噪声，即其功率谱密度为常数。
2.2 OFDM技术优点
（1）把高速数据流通过串并转换，使得每个子载波上的数据符号持续长度相对增加，从而可以有效地减小无线信道的时间弥散所带来的ISI，这样就见效了接受机内均衡的复杂度，有时甚至可以不采用均衡器，仅通过采用插入循环前缀的方法消除ISI的不利影响。
（2）传统的频分多路传输方法中，将频带分为若干个不想交的子频带来传输并行的数据流，在接收端用一组滤波器来分离各个子信道。这种方法的优点事简单、直接，缺点是频谱的利用率低，子信道之间要留足够的保护频带，而且多个滤波器的实现也有不少困难。而OFDM系统由于各个子载波之间存在正交性，允许子信道的频谱相互重叠，因此与常规的频分复用系统相比，OFDM系统可以最大限度地利用频谱资源。
（3）各个子信道中的这种蒸饺调制和解调可以采用IDFT和DFT方法来实现。对于N很大的系统中，我们可以通过采用快速傅里叶变换（FFT）来实现。随着大规模集成电路技术与DSP技术的发展，IFFT和FFT都是非常容易实现的。
（4）无线数据业务一般都存在非对称性，即下行链路中传输的数据量要远远大于上行链路中的数据传输量，如Internet业务中的网页浏览，FTP下载等。另一方面，移动终端功率一般小于1W，在大蜂窝环境下传输速率低于10kbit/s-100kbit/s；而基站发送功率可以较大，有可能提供1Mbit/s以上的传输速率。因为无论从用户数据业务的使用需求，还是从移动通信系统自身的要求考虑，都希望物理层支持非对称高速数据传输，而OFDM系统可以很容易地通过使用不同数量的子信道来实现上行和下
- 7 -
沈阳航空航天大学电子信息工程学院毕业设计（论文）
行链路中不同的传输速率。
（5）由于无线信道存在频率选择性，不可能所有的子载波都同时处于比较深的衰落情况中，因此可以通过动态比特分配以及动态子信道分配的方法，冲锋利用信噪比较高的子信道，从而提高系统的性能。而且对于多用户系统来说，对一个用户不适用的子信道对其他用户来说可能是性能比较好的子信道，因此除非一个子信道对所有用户来说都不适用，该子信道才会被关闭，但发生这种情况的概率非常小。
（6）OFDM系统可以容易与其他多种接入方法相结合使用，构成OFDMA系统，其中包括多载波码分多址MC-CDMA、跳频OFDM以及OFDM-TDMA等等，使得多个用户可以同时利用OFDM技术进行信息的传递。
（7）因为窄带干扰只能影响一小部分的子载波，因此OFDM系统可以在某种程度上抵抗这种窄带干扰。
2.3 OFDM技术缺点
（1）易受频率偏差的影响。由于子信道的频谱相互覆盖，这就对它们之间的正交性提出了严格的要求。然而由于无线信道存在时变性，在传输过程中会出现无线信号的频率偏移，例如多普勒频移，或者由于发射机载波频率与接收机本地振荡器之间存在的频率偏差，都会使得OFDM系统子载波之间的正交性遭到破坏，从而导致子信道间的信号相互干扰（ICI），这种对频率偏差敏感是OFDM系统的主要缺点之一。
（2）存在较高的峰值平均功率比。与单载波系统相比，由于多载波调制系统的输出是多个子信道信号的叠加，因此如果多个信号的相位一致时，所得到的叠加信号的瞬间功率就会远远大于信号的平均功率，导致出现较大的峰值平静功率比(PAR)。这样就对发射机内放大器的线性提出了很高的要求，如果放大器的动态范围不能满足信号的变化，则会为信号到来畸变，是叠加信号的频谱发生变化，从而导致各个子信道信号之间的正交性遭到破坏，产生相互干扰，使系统性能恶化。
- 8 -
沈阳航空航天大学电子信息工程学院毕业设计（论文）
2.4 本章小结
本章首先介绍了OFDM技术的原理，包括多载波调制的工作原理，利用QPSK调制的原理图以及OFDM的优缺点，分析了其多径抗干扰能力强，频谱利用率高的原因，对OFDM有了初步的认识。
- 9 -
沈阳航空航天大学电子信息工程学院毕业设计（论文）
第3章 STBC与VBLAST介绍
3.1 MIMO简介
MIMO(Multiple-Input Multiple-Out-put)系统，该技术最早是由Marconi于1908年提出的，它利用多天线来抑制信道衰落。根据收发两端天线数量，相对于普通的SISO(Single-Input Single-Output)系统，MIMO还可以包括SIMO单输入单输出系统(Single-Input Multi-ple-Output)系统和MISO多输入单输出系统(Multiple-Input Single-Output)系统。
MIMO技术可以简单的认为多进多出（MIMO:Multiple Input Multiple Output)技术，是在上个世纪末美国的贝尔实验室提出的多天线通信系统 ，在发射端和接收端均采用多天线（或阵列天线）和多通道。 因此我们今天看到的MIMO产品多数都不只一根天线。可以看出，此时的信道容量随着天线数量的增大而线性增大。也就是说可以利用MIMO信道成倍地提高无线信道容量，在不增加带宽和天线发送功率的情况下，频谱利用率可以成倍地提高。
利用MIMO技术可以提高信道的容量，同时也可以提高信道的可靠性，降低误码率。前者是利用MIMO信道提供的空间复用增益，后者是利用MIMO信道提供的空间分集增益。实现空间复用增益的算法主要有贝尔实验室的BLAST算法、ZF算法、MMSE算法、ML算法。ML算法具有很好的译码性能，但是复杂度比较大，对于实时性要求较高的无线通信不能满足要求。ZF算法简单容易实现，但是对信道的信噪比要求较高。性能和复杂度最优的就是BLAST算法。该算法实际上是使用ZF算法加上干扰删除技术得出的。目前MIMO技术领域另一个研究热点就是空时编码。常见的空时码有空时块码、空时格码。空时码的主要思想是利用空间和时间上的编码实现一定的空间分集和时间分集，从而降低信道误码率。
MIMO无线通信技术的概念是在任何一个无线通信系统，只要其发射端和接收端均采用了多个天线或者天线阵列，就构成了一个无线MIMO系统。MIMO无线通信技术采用空时处理技术进行信号处理，在多径环境下，无线MIMO系统可以极大地提高频谱利用率，增加系统的数据传输速率。MIMO技术非常适用于室内环境下的无线局域网系统使用。采用MIMO技术的无线局域网系统在室内环境下的频谱效率可
- 10 -