, , , 第章绪论 引言 个人通信是人类通信的最高目标，它是用各种可能的网络技术实现任何人在任何时 间任何地点与任何人进行任何种类的信息交换。这种境界使用户彻底摆脱了终端的束缚。 实现这种境界最基本要求就是满足用户的移动性。 为了实现无线个人通信，工业界学术界和各种标准化组织都在进行广泛深入的研究 和讨论。而这些讨论和研究的焦点无非是要面对系统的容量新道的分配方法设计的复 杂性和系统性能的折衷。 就移动通信而言，在信道中广泛存在着三类扩散。这就带来的三种选择性快衰落。即 传播上非点波束引起的波束的角扩散，并由它引起的空间选择性衰落用户的快速移动引 起的在频率上的多普勒扩散，而由它引起的时间选择性衰落以及由于传播上多径效应所 引起的在时间上的时延功率谱扩散和由它引起的频率选择性衰落。 为了对付这三类三维扩散而引起的三种不同的选择性衰落，人们绞尽脑汁并想尽了 切办法予以克服。专门为克服角度扩散而引起的空间选择性衰落的分集接收技术专门 为克服多普勒频率扩散而引起的时间选择性衰落的信道交织编码技术以及专门为克服多 径传播的时延功率谱的扩散而引起的频率选择性衰落接收技术。 目前，在第三代移动通信系统中，高速宽带移动通信系统的频率选择性衰落问题显得 特别突出，业界在这方面的研究逐渐趋于热点。 随着数字信号处理和超大规模集成电路技术的发展，采用多载波 传输的方式来克服由于多径效应引入的时延功率谱的扩散而带来的频率选择性衰落，成为 当前种实用且有效的新技术。 多载波调制的种实现方法为正交频分复用 技术。在过去的几年中，多载波调制特别是正交频分复用已经 被成功的应用于多种数字通信系统中。虽然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的大量文章中看出来。在正交频分复用技术逐渐从理论走 向应用的今天，我们有必要在正交频分复用技术实现上进行研究。 的提出和发展 全称为正交频分复用，是种新 型的高效的多载波调制技术，它能够有效地对抗多径传播，使受到干扰的信号能够可靠地 接收。技术于三十多年前第次由提出，但是个系统的结构非常 复杂，从而限制了其进步推广。 正交频分复用的应用可以追溯到个世纪以前，那时很多个低速率的信号， 例如电报，分别使用多个不同的载波频率和相对较宽的带宽进行传输。为了方便在接收端 能够将信号区分出来，各个载波频率之间间隔足够远，以使得信号频谱不相互交叠。各载 波频率之间间隔的频谱区间可保证接收端可以使用很容易实现的滤波器将信号分离开来。 结果导致频谱利用率非常低。 另种方法是使用不同频率的载波来传送单个高速率信息流的不同比特，而不是使用 它们分别传输不同的信息流。这种情况下，信号源应该采用并行输出，或者串行的信号源 输出通过个串并变换器之后的成为并行输出。 在同种信道下可以将这种并行传输技术与单载波高速率的串行传输技术进行比较。 对于并行系统如果直接采用多对发射机和接收机来构成，与单载波系统相比，其实现起来 的代价当然更高。并行系统中每个子信道将传输低速率的信息流，速率由子信道的带宽 决定。所有子信道的信息率之和般小于在与并行系统相同的带宽下采用单载波串行传输 方案的信息率，这是由于在并行系统子载波之间存在些保护间隔。但在另方面，单载 波系统更容易产生符号间串扰。产 生频谱交叠，而且仍然保持相互正交性。 年成功地将用到并行传输系统中作为调制解调的手段。这样 来，不但可以去掉频分复用所需要的子载波振荡器组解调用带通滤波器组，并且可以利 用那些很方便就可以实现快速傅立叶变换的专用器件来实现全数字化的调制解调 过程。 解决复杂性问题的主要进展是在调制和解调中使用了。这进展同时发 生在数字信号处理技术引入设计的时期。这技术主要包括将输入信息打包成 每组数据为个复数码元的多个组，每组中的个复数码元在个子信道上传输。实现 时对每组数据进行后串行的传输。在接收端对信号取样后，对每组数据进行， 恢复所传输的信息。这种形式的通常称为离散多音频。传输线路上的信 号频谱与个并行的信号的频谱是致的，就是以码元速率为间隔的个频率的 信号。每个这样的信号传输原来输入的每个复数码元。与早期的系统类 似，每个信号的频谱形状为，其频谱在其它子载波中心频率处为零。 技术最重要的优点是算法的高效性。点仅需要量级的乘法， 而不是直接计算所需的量级的乘法。如果为的幂次，算法将非常高效，虽 然般情况下不定为的幂次。由于的使用，系统与相当的使用均衡技术 的单载波系统相比般每单位时间将需要更少的计算量。两种系统的总的成本相比，谁更 好仍然是不清楚的，但是在大多数情况下它们的成本将近似相同。 在过去的年中，技术，或者特别的讲，技术，已经得到广泛的应用。 曾经制造出多种话音，但由于没有被标准化组织采纳，而没有成功实现 商业化。已经被采纳作为的标准，这种技术能够在普通电话线上实现从电话 局到用户的几速率的数据传输，同时实现从用户到电话局的低速率传输。 在很多无线应用中特别成功，其具有在多径环境下的优良性能。无线接收机 的难点是需要检测出经过时间和频率选择性衰落的信号。技术与适当的编码和交 织技术结合，对于抗无线信道的干扰具有优良的性能。 是种无线环境下的高速传输技术。无线信道的频率响应曲线大多是非平坦 的，而技术的主要思想就是在频域内将给定信道分成许多正交子信道，在每个子 信道上使用个子载波进行调制，并且各子载波并行传输，这样，尽管总的信道是非平坦 的，也就是具有频率选择性，但是每个子信道是相对平坦的，并且在每个子信道上进行的 是窄带传输，信号带宽小于信道的相应带宽，因此就可以大大消除信号波形间的干扰。 在以后的发展中，得到了更加深入的研究，其应用范围更加广泛。在八十年 代，的研究已经发展到高速调制解调器数字移动通信等方面。九十年代， 的研究开发推广到了无线信道上的宽带通信数字用户环路数字音频广 播,高清晰度电视， 无线局域网移动通信中的运用也是大势所趋。 在很多无线应用中特别成功，其具有在多径环境下的优良性能。国内的研究在理 论分析和计算机模拟阶段有了定的成果，在数字用户环路有线电视网方面 有了些具体的应用，但在无线局域以太网方面的应用研究较少。 总之，经过三十年的开发之后，不但被广泛地应用于高速数字通信中， 而且已扩展到其他领域。同时现代数字信号处理技术和超大规模专用集成电路 的发展也使得快速傅立叶变换的实现变的更加容易，使该技术的实现费用更趋实际，为以 后广泛应用于通信领域开辟了道路。随着研究的深入，相信这项技术的应用前景 会十分广泛。 第二章原理 引言 在传统的并行传输系统中，整个带宽经分割后被送到子信道中，并且频带没有重叠， 但是其最大的缺点是频谱利用率很低，造成频谱浪费。所以，人们提出了频谱可以重叠的 多载波系统。在系统中各个子信道的载波相互正交，于是它们的频谱是相互重叠 的，这样不但减小了子载波间的相互干扰，同时又提高了频谱利用率。 在分析的性能之前，我们有必要从多载波调制， 和并行传输的角度去分析这种调制的基本性能。其基本概念是将高速率的信息数 据流经串并变换，分割为若干路低速数据流，然后每路低速数据采用个的载波调 制并迭加在起构成发送信号。由于速率降低，信息码元周期增大。如果码元速率大于多 径时延，那么多径的影响将较少的带到下个码元，这样就减少了多径时延扩散在接收到 的信息码元中所占相对的百分比值，以削弱多径干扰对传输系统性能的影响。 多载波调制 无线信道特别是陆地移动信道，由于地面情况的复杂性，发射的信号往往是经过 多条路径到达接收端，即存在多径传播效应。从而造成接收信号相互重叠，产生信号波形 间的相互干扰，造成接收端判断，严重影响信号传输质量。这种特性称为信道的时间 弥散性。在这样的信道特性下的冲击响应带来的时延扩散将引起多径效应，数字信号在接 收端前后码元交迭，产生所谓的码间串扰，造成判决，严重影响传输质量。特 别是在码元速率较高的情况下，更是如此。这是由于当信号波形的周期很短，而信号传输 速率又非常高时，在接收端信号波形重叠的程度将进步加深，信号间的干扰将更加严重， 时延扩展将跨越更多的码元，造成严重码间串扰。从另个角度看，当信号波形的传输速 率较高时，信号带宽较宽，当信号带宽接近和超过信道相干带宽时，信道的时间弥散特性 将对接收信号造成频率选择性衰落信号的衰落与频率有关。为了保证正确的数据传输， 必须对信号的传输速率加以限制。因此，可以说时间弥散是使无线信道传输速率受限的主 要原因之。 对于个特定的信道特性，设计通信系统时必须考虑如何有效的利用仅有的信道带 宽，并在发送接收机的复杂度折衷条件下可靠的传输数据信息。对于这种频率响应非理想 的滤波信道，种办法是在单载波调制时，以特定的码元速率进行传输，在不改变发送信 息码元周期即不降低信息码元速率并承认有了较严重的多径扩散的条件下，利用接 收机进行均衡和补偿，采用扩频码将传播的多径信号能量分离校正，并加以收集利用， 化害为利，从而设法消除多径干扰的影响。 另外种方法则是采用多载波调制，将特定带宽的非理想线性信道划分为 个近似线性的子信道，在每个子信道中以码元速率的低速码流进行传输。数据传输速 率低后，码元周期长，只要时延扩展与码元周期之比小于定的值，就不会造成码间串扰。 因而，从本质上说，多载波调制对信道的时延弥散不敏感，或者说具有抗时延弥散的特性。 目录 摘要 第章绪论 引言 的提出和发展 第二章原理 引言 多载波调制 并行传输体制概述 基本原理 系统性能特点 本章小结 第三章基于的无线局域网 引言 物理层结构 子层 仿真分析 软件简介 无线局域网的实现框图 采用进行仿真分析。 本章小结 第四章总结与展望 致谢 参考文献