摘要：目前人們已經把目光越來越多地投向超3G的移動通信系統，該系統可以容納龐大的用戶數、改善現有的通信質量，達到高速數據傳輸的要求。從技術層面上來看，3G系統主要是一CDMA為核心技術，而在3G以后的移動通信系統中正交頻分復用（OFDM，Orthogonal Frequency Division Multiplexing）最受矚目。OFDM的提出已經有近40年的歷史，第一個實際應用是軍用的無線高頻通信鏈路。但在這種多載波傳輸技術在雙向無線數據方面的應用卻是近10幾年來的新趨勢。經過多年的發展，該技術在廣播方式下的音頻和視頻領域已經得到廣泛的應用。近年來，由于數字信號處理（DSP）技術的飛速發展，OFDM作為一種可以有效對抗ISI的高速傳輸技術，引起了廣泛的關注。OFDM技術已經成功地應用與非對稱數字用戶環路（ADSL）、無限本地環路（WLL）、數字音頻廣播（DAB）、高清晰度電視（HDTV）、無線局域網（WLAN）等系統中，它可以有效地消除信號多徑傳播造成的ISI現象。1999年IEEE802.11a通過了一個5GHz的無線局域網標準，其中采用了OFDM調制技術并將其作為他的物理層標準。歐洲電信標準協會（ETSI）的寬帶射頻接入網（BRAN，Broad Radio Access Network）的局域網標準也把OFDM定為它的標準調制技術。為了實現一個真正意義上的 OFDM 系統 ,同步是一個關鍵的問題。因為在接收端對發送機到接收機的傳播延時一般是未知的 ,為了對解調器輸出步抽樣 ,必須從接收信號導出符號定時。OFDM 同步的主要任務是進行精確的符號定時和糾正載波頻偏。
關鍵詞：OFDM系統，同步，無線局域網，MATLAB仿真
一、緒論
(一)、OFDM系統的發展現狀
OFDM技術是高速率無線通信系統中有廣闊應用前景的多載波數據通信技術，它是將高速的數據流分成并行低速數據流，用它們去調制相互正交的子載波，從而形成多個并行發送的低速率數據流傳輸系統。此外，OFDM@還易于實現多用戶接收機的分集技術，并且運用多用戶檢測技術有助于通過消除干擾來提高系統容量。
OFDM技術的應用可以追溯到20世紀60年代，R．W．Chang在關于將帶限信號綜合用于多信道傳輸的論文1221提出了一種在線性帶限信道上同時傳輸多路信息的傳輸方法，能同時避免子載波間干擾ICI和符號間干擾ISI。1967年，B．R．Saltzberg對Chang提出的方法進行了性能分析，并且得出很重要的結論，即在并行傳輸系統中，相鄰信道間的串擾將是信道畸變的主要原因，因此系統設計的重點應在于盡量減少相鄰信道間的串擾，而不是完善每一個單獨的信道。
在早期的OFDM系統中，發信機和相關接收機所需的副載波陣列是由正弦信號發生器產生的，并且在相關接收時各副載波需要準確地同步，因此當子信道數很大時，系統就顯得非常復雜和昂貴。一個簡單有效的實現OFDM技術的方法是在1971年由Weinstei和Ebert提出，使用離散傅立葉變換(DFT，Discrete FourierTransformation)來實現OFDM基帶系統中的調制和解詞功能，從而省去了正弦信號發生器。DFT的引入使OFDM系統便于使用目前的數字信號處理硬件來實現。另外，為了抵抗ISI和ICI，在符號間加入了保護間隔(GI。Guard Interval)。另一個重要的貢獻是在1980年Peled和Ruiz使用循環前綴(CP，Cyclic Prefix)或循環后綴來解決子載波間的正交性，而不是使用空的保護間隔，他們把OFDM符號的循環擴展添加到保護間隔中，有效地將信道與傳送符號之問的線性卷積近似成循環卷積。在這種方法中，當CP比信道的脈沖響應長時，能很好地保持子載波正交性和解決符號間干擾問題。只要保護間隔大于信道的最大脈沖響應，即使在色散信道上也能獲得較好的正交性。進入90年代以后，OFDM技術的研究深入到無線調頻信道上的寬帶數據傳輸，它作為一種寬帶無線傳輸技術的優勢很突出而且可以利用新技術去彌補0FDM的固有缺點，因而被廣泛的應用于民用通信系統中。近年來，由于數字信號處理技術的飛速發展，OFDM技術作為有效對抗信號波形間干擾的高速傳輸技術，更加引起了廣泛的關注。
自從20世紀80年代以來，OFDM技術被越來越多地使用于各種國際標準。如非對稱數字用戶環路ADSL和高速數字用戶環路HDSL，它們使用0FDM技術可以有效地消除符號間干擾。在ADSL中，OFDM被當作離散多音調制(DMT，Discrete Multitone)來使用，成功地應用于有線環境中。ADSL將原先電話線路0Hz到1．1MHZ頻段劃分成256個頻寬為4．3kHz的子頻帶，使下行信號達到8Mbps，上行信號達到lMbps，1995年，歐洲電信標準協會制定了數字音頻廣(DAB Digital Audio Broad-casting)標準，DAB是在AM和FM的模擬廣播的基礎上發展起來的，它可以提供與CD相媲美的話音質量，以及新型的數據服務。緊跟著是1997年數字視頻廣播(DVB，Digital Video Broadcasting)標準采用的編碼正交頻分復用調制。在1998年7月，IEEES02．1la標準決定選擇OFDM技術作為其無線局域網(WLAN．Wireless Local AreaNetwork)5GHz波段的物理層接入方案。這是OFDM技術第一次被運用于分組業務通信中。此后，日本的多媒體移動接入推進協議會(MMAC．MobileMultimedia Access communications)，歐洲的寬帶射頻接入網(BRAN。Broad Radio Access Network)的局域網標準都使用OFDM作為標準調制技術。
1999年12月，包括Ericsson,Nokia和Wi．LAN在內的7家公司發起了國際OFDM論壇，致力策劃一個基于OFDM技術的全球性統一標準。2000年11月，OFDM論壇的固定無線接入工作組IEEE802．16．3的無線城域網委員會提交了一份建議書，提議采用OFDM技術作IEEE802．16．3城域網的物理層標準，隨著人們對通信數據化、寬帶化、個人化和移動化的需求，OFDM技術在綜合無線接入領域得到越來越廣泛的應用，它也成為3G以后移動通信的主流技術。此外，OFDM還易于結合時空編碼、分集、干擾抑制以及智能天線等技術。最大程度地提高物理層信息傳輸的可靠性。如果再結合自適應調制、自適應編碼以及動態子載波分配等技術，其性能可以進一步得到提高。

(二)、無線局域網技術的發展現狀
第一代移動通信系統出現于20世紀80年代初，主要包括模擬蜂窩和無繩電話系統，其最重要的特點體現在移動性上，這是其他任何通信方式和系統不可替代的，從而結束了過去無線通信發展過程中，無線通信時常被其他通信手段替代而處于輔助地位的歷史。第一代移動通信的特點是模擬頻率調制(FM)、頻分雙工(FDD)、頻分多址(FDMA)以及基于電路的交換技術。蜂窩技術的使用解決了頻率復用問題，盡管第一代移動通信FDMA方式在小區內的頻率利用率還不高，而且當時移動通信終端的成本很貴，但其發展速度已超出人們的預期。由于各國在開發第一代移動通信系統時只考慮了本國當時可用的頻率資源，彼此的頻率并不協調，標準不統一。
第一代移動通信系統對移動通信做出的最大貢獻是：使用蜂窩結構，從而使得頻帶可重復利用，實現了大區域的覆蓋；支持移動終端的漫游和越區切換，實現移動環境下不間斷通信。
第一代移動通信系統得到迅猛發展的原因，除了用戶要求迅速增加這一主要推動力之外，還有幾方面技術進展所提供的條件。首先，微電子技術在這一時期得到迅速發展，使得通信設備能夠小型化、微型化：其次，提出并且形成了移動通信新體制，即貝爾實驗室在70年代提出的蜂窩網的概念：再次，隨著大規模集成電路的發展，微處理器技術日趨成熟，計算機技術迅猛發展。
頻譜是不可再生的資源，是移動通信賴以生存的基礎，因此在第一代移動通信投入商用后的幾年，以提高頻譜利用率為目標的第二代移動通信系統的研究逐步展開了。這些系統采用了更先進的數字技術，使得通信質量、傳輸效率和系統容量都有了很大提高。第二代移動通信系統主要是為支持話音和低速率的數據業務而設計的。
1982年北歐Nordic電信和荷蘭郵電向歐洲郵電會議(CEPT)提議開發新的數字蜂窩移動通信標準以滿足歐洲移動網的需要，CEPT成立了移動通信特別研究組開發泛歐公共陸地移動通信系統，并提出了高頻譜利用率、低成本、手持終端和全球漫游等要求。1987年，GSM選定基于時分多址(TDMA)的無線傳輸技術。隨后幾年歐洲電信標準組織(ETSI)完成了GSM 900MHz和1800MHz(DCS)的規范，1992年世界上第一個GSM網在芬蘭投入運營。與此同時日本、美國也在開發數字移動
通信系統。日本1989年開發出PDC系統，1991年被確定為日本標準，該系統使用TDMA技術，工作在800MHz和1．5GHz之間，1994年實現商用。美國1991年開發出IS．54、IS．136(DAMPS)系統，也使用TDMA技術。它們的主要區別是載頻間隔和每幀時隙數，相同的特征是低比特率話音編碼，射頻為GMSK或QPSK數字調制，雙工方式仍為FDD，它們統稱為第二代移動通信系統，它們的出現離第一代移動系統整整相隔10年。
隨著人們對通信業務范圍和業務速率要求的不斷提高，已有的第二代移動通信網將很難滿足新的業務需求。ITU TG8／1早在1985年就提出了第三代移動通信系統的概念，最初命名為FPLMTS(未來公共陸地移動通信系統)，后在1996年更名為IMT．2000(Intemational Mobile Telecommunications 2000)。第三代移動通信系統的目標是：
1、世界范圍內設計上的高度一致性；
2、與固定網絡各種業務的相互兼容，支持多媒體功能及廣泛業務的終端；
3、高服務質量；
4、具有全球漫游能力。
為了實現上述目標，對第三代無線傳輸技術提出了支持高速多媒體業務、比現有系統有更高的頻譜效率等基本要求。第三代移動通信的三大標準是WCDMA，CDMA2000還有TD．SCDMA。WCDMA全名是Widebmad CDMA，在高速移動的狀態下，可提供3 84Kbps的傳輸速率；在低速或是室內環境下，可提供高達2Mbps的傳輸速率。而GSM系統目前的傳輸速率是9．6Kbps，固定線路Modem也只是56Kbps。
CDMA2000由美國高通北美公司為主導提出，摩托羅拉、Lucent和韓國三星參與，韓國現在成為該標準的主導者。這套系統是從CDMA One數字標準衍生出來的，可以從原有的CDMA One結構直接升級到3G，建設成本低廉。但目前使用CDMA的地區只有日、韓和北美，所以CDMA2000的支持者不如W．CDMA多。不過CDMA2000的研發卻是目前各標準中進度最快的，許多3G手機己經率先問世。我國提出了TD-SCDMA RTT建議，這是對第三代移動通信做出的貢獻。TD—SCDMA技術具有較高的頻譜利用率，且成本較低。達到高性能和低成本的主要原因是TD．SCDMA使用了如下主要技術：
1、智能天線技術極大的降低了多址干擾，提高了系統容量和接收靈    敏度，降低了發射功率和無線基站成本；
2、上行同步技術簡化了基站硬件，降低基站成本；
3、軟件無線電技術使系統可以靈活地使用新技術，也降低了產品開 發周期和成本。
雖然第三代移動通信系統的最高數據速率己經達到了2Mbps，但仍然不能滿足多媒體通信的要求，并且由于各標準之間不兼容，不能實現網間的互通，所以第四代移動通信系統的研究提上了議事日程。第四代移動通信系統的研究起源于本世紀初，它具有以下技術特點：
1、建立在新的頻段上，分組數據的傳輸速率在50Mbps以上，能夠承載大量的多媒體信息，具有非對稱的上傳下傳鏈路；
2、實現真正全球統一的，基于全新網絡體制的通信系統，能夠使得各類媒體、通信主機及網絡之間進行“無縫"連接；
3、采用多天線等技術使得通信質量，抗干擾性能得到很大的提升，真正滿足人們對移動性、穩定性的要求，實現無障礙通信；
4、將數字通信、數字音頻、數字視頻和因特網接入融合在一起。
第四代移動通信系統要求有更高的數據傳輸速率、更好的傳輸質量且同時能很好地克服多徑衰落、消除高速數據傳輸時嚴重的符號間干擾并大大提高頻譜利用率，正交頻分復用OFDM技術作為一種強有力的數字調制方式，以其突出的優點成為4G移動通信系統的核心技術。

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