论文读书笔记

1、一、想研究基于离散小波变换的OFDM，必须先知道移动通信技术的历史及发展趋势一、移动通信技术的发展历程在过去的 10 年中，世界电信发生了巨大的变化，移动通信特别是蜂窝小区的迅速发展，使用户彻底摆脱终端设备的束缚、实现完整的个人移动性、可靠的传输手段和接续方式。进入21 世纪，移动通信将逐渐演变成社会发展和进步的必不可少的工具。 第一代移动通信系统 (1G)是在 20世纪 80 年代初提出的，它完成于 20世纪 90年代初，如NMT 和AMPS，NMT 于 1981年投入运营。第一代移动通信系统是基于模拟传输的，其特点是业务量小、质量差、交全性差、没有加密和速度低。1G主要基于蜂窝结构组网，直

2、接使用模拟语音调制技术，传输速率约2.4kbit/s。不同国家采用不同的工作系统。 第二代移动通信系统 (2G)起源于 90 年代初期。欧洲电信标准协会在 1996 年提出了GSM Phase 2+，目的在于扩展和改进GSM Phase 1及Phase 2 中原定的业务和性能。它主要包括 CMAEL(客户化应用移动网络增强逻辑)，SO(支持最佳路由)、立即计费，GSM 900/1800双频段工作等内容，也包含了与全速立即计费，GSM 900/1800双频段工作等内容，也包含了与全速率完全兼容的增强型话音编解码技术，使得话音质量得到了质的改进；半速率编解码器可使GSM系统的容量提高近一倍。在GS

3、M Phase2+ 阶段中，采用更密集的频率复用、多复用、多重复用结构技术，引入智能天线技术、双频段等技术，有效地克服了随着业务量剧增所引发的GSM 系统容量不足的缺陷；自适应语音编码(AMR)技术的应用，极大提高了系统通话质量；GPRS/EDGE技术的引入，使GSM与计算机通信/Internet有机相结合，数据传送速率可达115/384kbit/s，从而使GSM 功能得到不断增强，初步具备了支持多媒体业务的能力。尽管2G技术在发展中不断得到完善，但随着用户规模和网络规模的不断扩大，频率资源己接近枯竭，语音质量不能达到用户满意的标准，数据通信速率太低，无法在真正意义上满足移动多媒体业务的需求。

4、 第三代移动通信系统(3G)，也称IMT2000，是正在全力开发的系统，其最基本的特征是智能信号处理技术，智能信号处理单元将成为基本功能模块，支持话音和多媒体数据通信，它可以提供前两代产品不能提供的各种宽带信息业务，例如高速数据、慢速图像与电视图像等。如WCDMA的传输速率在用户静止时最大为2Mbps，在用户高速移动时最大支持144Kbps，所占频带宽度5MHz 左右。但是，第三代移动通信系统的通信标准共有WCDMA，CDMA2000和TD-SCDMA三大分支，共同组成一个IMT 2000家庭，成员间存在相互兼容的问题，因此已有的移动通信系统不是真正意义上的个人通信和全球通信；再者，3G的频谱

5、利用率还比较低，不能充分地利用宝贵的频谱资源；第三，3G支持的速率还不够高，如单载波只支持最大2Mbps 的业务，等等。这些不足点远远不能适应未来移动通信发展的需要，因此寻求一种既能解决现有问题，又能适应未来移动通信的需求的新技术(即新一代移动信:next generation mobile communication)是必要的。二、第四代移动通信系统的概念4G 也称为广带接入和分布网络, 具有超过2Mb/s的非对称数据传输能力, 对高速移动用户能提供150M b/s 的高质量的影像服务, 并首次实现三维图像的高质量传输. 它包括广带无线固定接入、广带无线局域网, 移动广带系统和互操作的广播网

6、络(基于地面和卫星系统) , 是集多种无线技术和无线LAN 系统为一体的综合系统, 也是宽带IP 接入系统. 在这个系统上, 移动用户可以实现全球无缝漫游. 为了进一步提高其利用率, 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和多径干扰等众多优势。三、第四代移动通信系统的关键技术4G系统中有两个基本目标：一是实现无线通信全球覆盖；二是提供无缝的高质量无线业务.为了达到这个目标,需要在下列几个方面做出努力:频谱的高效使用、带宽的动态分配、安全的无线应用、更高的服务质量、高性能的信号调制传输技术。为此，4G系统使用了许多新技术，其中关键技术介绍如下：3.1正交频分复用技

7、术第3代移动通信主要采用以码分多址CDMA(Code DivisionMultiple Address, CDMA) 技术, 而正交频分复OFDM(Orthogonal Frequency Division Modulation , OFDM) 技术因具有频谱利用率高、抗多径衰落能力强等优点, 受到越来越广泛的关注.并已成功地应用到高速率数字用户线(HDSL)、不对称数字用户线(ADSL)、高清晰度数字电视(HDTV)、无线局域网网标准802.11a、数字视频广播(DVB2T) 以及固定本地无线接入系统中. 可以预见4G 中将采用OFDM 技术作为主要的传输方式OFDM 技术实际上是多载波调制

8、MCM (Multi2 Carrier Mul-tiplexing ,MCM ) 的一种, 其主要原理是:将待传输的高速串行数据经串/并变换, 变成在N个子信道上并行传输的低速数据流, 再用N 个相互正交的载波进行调制, 然后叠加一起发送. 接收端用相干载波进行相干接收, 再经并/串变换恢复为原高速数据. 图1 是OFDM 系统基本框图. OFDM 技术的主要优点有:(1) 抗衰落和码间干扰能力强. OFDM 通过串/并变换,扩展了每个子载波上的数据符号的脉冲宽度, 降低了子信道的信息速率, 使得对脉冲噪声和信道快衰落的抵抗能力更强; 并且采用插入循环前缀技术. 若循环前缀长度大于信道扩展长度

9、,则能有效地保持载波间的正交性, 进而抑制了符号间干扰ISI(Inter2symbol Interference, ISI). (2) 实现容易. 对OFDM 的N 个正交子载波进行调制与解调, 可以通过快速傅立叶逆变IFFT( Inverse Fast Fourier Transform,IFFT) 和快速傅立叶变换FFT (Fast Fourier Transform, FFT ) 来实现,这在数字信号处理器DSP (Digital Signal Processor ,DSP) 上比较容易实现.(3) 频谱利用率高. 在传统的频分复用方法中各个子载波的频率是互不相同, 为了减少各子载波之间

10、的相互串扰, 需要留出足够的频率保护带, 降低了频谱利用率. 同时, 需要使用大量的对应各个子载波频率的发送滤波器和接收滤波器, 在一定程度上增加了系统的成本. 而OFDM 信号的相邻子载波相互重叠中, 可以最大限度地利用频谱资源. 这对于稀有的无线频谱资源非常重要.32多输入多输出（MIMO）技术多输入多输出（MIMO）技术是无线移动通信领域智能天线技术的重大突破。该技术能在不增加带宽的情况下成倍地提高通信系统的容量和频谱利用率，是下一代移动通信系统的核心技术之一。MIMO技术的基本思想就是在无线通信系统的发射和接收端都采用多天线 为输入信号， 为输出信号式中 符号 矢量或矩阵的转置，见图2

11、，MIMO系统原理图。MIMO系统采用空时处理技术进行信号处理，在丰富的散射环境下，空分复用MIMO系统（如BLAST结构）可以获得与天线数成正比的容量增长，从而极大地提高频谱效率，增加系统的数据传输速率。但是当散射程度欠佳时，会引起信道间的空间相关，尤其在室外环境下，由于基站的天线较高，从而角度扩展较小，其空间相关难以避免，在这种情况下MIMO不可能获得所期望的数据传输速率。研究表明，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以高达2040bps/Hz；而使用传统无线通信技术在移动蜂窝中的频谱效率仅为15bps/Hz，在点到点的固定微波系统中也只有1012bps/Hz。3.3切

12、换技术切换技术能够实现移动终端在不同小区之间跨越和在不同频率之间通信以及在信号质量降低时如何选择信道. 它是未来移动终端在众多通信系统、移动小区之间建立可靠通信的基础.主要划分为硬切换、软切换和更软切换.硬切换发生在不同频率的基站或不同系统之间. 在切换过程中, 移动台先中断与原基站的联系,然后调谐到新的频率上, 再与新基站建立联系. 其明显缺点是在通信过程会出现短时的传输中断, 影响通话质量.另外,由于各种因素还会导致切换失败,引起掉话.软切换是同一频率下不同基站之间的切换. 在切换过程中, 移动台在中断原基站的联系之前, 先用相同频率建立与新基站的业务信道, 原基站和新基站同时接收移动台的

13、信号, 移动台也接收2个基站的信号, 当检测到新基站的传输质量满足指标要求后, 移动台才切断同原基站的链路. 由于在2 条链路传输的是同一个数据流,保证了通信不会发生中断,也减少了切换过程中的掉话率.软切换是指发生在同一基站具有相同频率的不同扇区之间的切换.第4 代移动通信中的切换技术正朝着软切换和硬切换相结合的方向发展。3.4 软件无线电技术软件无线电是将标准化、模块化的硬件功能单元经过一个通用硬件平台，利用软件加载方式来实现各种类型的无线电通信系统的一种具有开放式结构的新技术。通过下载不同的软件程序，在硬件平台上可实现不同功能，用以实现在不同系统中利用单一的终端进行漫游，它是解决移动终端在

14、不同系统中工作的关键技术。软件无线电技术主要涉及数字信号处理硬(Digital Signal Process Hardware，DSPH)、现场可编程器件(Field Programmable Gate Array，FPGA)、数字信号处理(Digital Signal Processor，DSP)等。3.5IPv6 协议技术3G 网络采用的主要是蜂窝组网, 而4G 系统将是一个基于全IP 的移动通信网络, 可以实现不同类型的接入系统和通信网络之间的无缝互连. 为了给用户提供更为广泛的业务, 使运营商管理更加方便 灵活, 4G 中将取代现有的IPv4 协议, 采用全分组方式传送数据的IPv6

15、协议。 IPv6 协议主要有如下优点:巨大的地址空间: 地址字段采用128 位,能够为所有网络设备提供一个全球唯一的地址. 地址的自动配置: IPv6 支持无状态和有状态2 种地址自动配置方式. 服务质量: IPv6 能提供不同水平的服务. 这主要是由于IPv6 报头中新增加了“业务级别”字段和20 位的“流标记”字段. 通过这2 个字段, 中间的各节点就可以识别和分开处理任何IP地址流.“流标志”将用于基于服务级别的新计费系统. 另外, IPv6 还将支持“实时在线”连接、防止服务中断以及提高网络性能. 移动性: 移动IPv6 在新功能和新服务方面可提供更大的灵活性. 每个移动设备设有一个固

16、定的家乡地址, 这个地址与设备当前联网的位置无关. 当设备在家乡以外的地方使用时, 可以通过一个转交地址来提供移动节点当前的位置信息. 移动设备每次改变位置,都要将它的转交地址告诉给家乡地址和它所对应的通信节点.在家乡以外的地方, 移动设备传送数据包时, 通常在IPv6 报头中将转交地址作为源地址.四、4G通信系统的主要特征目前正在构思中的4G通信具有以下特征：（1）通信速度更快人们研究4G通信的最初目的是为了提高蜂窝电话和其他移动终端访问Internet的速率，因此，4G通信最显著的特征就是它有更快的无线传输速率。据专家估计，第四代移动通信系统的传输速率速率可以达到10M20Mbps，最高可

17、以达到100Mbps。（2）网络频谱更宽要想使4G通信达到100Mbps的传输速率，通信运营商必须在3G网络的基础上进行大幅度的改造，以便使4G网络在通信带宽上比3G网络的带宽高出许多。据研究，每个4G信道将占有100MHz的频谱，相当于W-CDMA 3G网络的20倍。（3）通信更加灵活从严格意义上说，4G手机的功能已不能简单划归“电话机”的范畴，因为语音数据的传输只是4G移动电话的功能之一而已。而且4G手机从外观和式样上看将有更惊人的突破，可以想象的是，眼镜、手表、化妆盒、旅游鞋都有可能成为4G终端。（4）智能性更高第四代移动通信的智能性更高，不仅表现在4G通信的终端设备的设计和操作具有智能

18、化，更重要的是4G手机可以实现许多目前还难以想象的功能，例如，4G手机将能根据环境、时间以及其他因素来适时提醒手机的主人。（5）兼容性更平滑要使4G通信尽快地被人们接收，还应该考虑到让更多的用户在投资最少的情况下较为容易地过渡到4G通信。因此，从这个角度来看，4G通信系统应当具备全球漫游、接口开放、能跟多种网络互联、终端多样化以及能从3G平稳过渡等特点。（6）实现更高质量的多媒体通信4G通信提供的无线多媒体通信服务将包括语音、数据、影像等，大量信息透过宽频的信道传送出去，为此4G也称为“多媒体移动通信”。随着固定和移动宽带化的发展趋势，通信网络正在发生着根本性的变化，通信的主体也将由主要是人与

19、人，扩展到人与物或物与物。固定网与移动网的融合，通信网、计算机网、广播电视网和传感器网络的融合将成为未来发展的趋势。 二、下面介绍OFDM 工作系统的基本原理20 世纪 80 年代，OFDM 技术被应用到无线通信当中，因为其可以最大程度的减小信号的衰落，且具有较高的速率二得到了广泛的应用。如今OFDM 已被多个标准所采纳和应用，如无线局域网、数字电视、宽带无线接入等等，OFDM 技术都是作为最核心的技术。一、OFDM系统简介在 OFDM 系统中，信号的产生和调节都是通过数字信号的处理方式来进行处理的。因此，在进行处理时，首先是采用1/Ts 的平率来抽样，形成离散的时间信号，然后再通过串并转换，

20、进过信号映射后表示为：。通过变换后的并行数据符号率为1/(N ·Ts), 也就是说此时的并行符号的持续时间已经是串行时间 Ts的N倍 。然后再把数据向量 进行傅里叶变换，再在添加上保护间隔时间 Tg 即可得到 。如果用Sn,k 表示第 n 个符号，第 k 个子载波的IDFT 输出 ，则其关系式可表示为：变换后得到的信号经过并串转换，数模转化后送入信道程序。在这个过程中，为了消除符号间干扰 ISI 和载波间干扰ICI的影响，保护间隔的长度应大于信道的最大时延扩展。同理，在接受部分，OFDM信号依次经过模数转换、串并转化，去掉时间保护间隔，通过 N 的离散傅里叶变化，然后再经过并串转化和

21、解码便可得到需要输出的数据。二、串并转换串并转换就是把一个连续的信号元序列变换成为表示相同信息的一组相应的并行出现的信号源的过程。OFDM 进行串并转化的原因为了进行调制，同时还可以尽可能的减少多径无线信道的影响。转换后的信道虽然是非平坦的，还具有一定的线信道的影响。转换后的信道虽然是非平坦的，还具有一定的选择性，但对于每个子信道来说却是相对平坦的，在信道上进行传输时，信号的带宽也远远小于信道的带宽，可以大大的减少信号波之间的相互干扰，提高了频谱的利用率，同时也消除了码间内的干扰，消除信源的长时间 0 串或者是 1 串所带来的影响，因此，串并转换在 OFDM 通信系统中是至关重要的一环。在接收

22、端则采用子载波去同步解调，然后再按照发送端相反的方向还原出原始的数据。正常情况下信道衰减严重的话会引起连串的比特错误，然而经过串并变化后的信号在时间上几乎是相同的，所以同时消除了错误。另外也在一定程度上提高了前向纠错编码的性能，从整体上提高了 OFDM 的性能。三、子载波调制在 OFDM 系统中，对载波所使用的调制方法可以相同也可以不同，根据信道的实际状况选择不同的调制方式。如果用 N 表示子载波的个数，T 表示OFDM 符号的持续时间；di表示子信道的数据符号， 表示第i 个子载波的频率，矩形函数 rect(t)=1，|t| T/2，时间从 ts 开始，则通常用下式来描述OFDM 的输出信号

23、：OFDM 技术的特点就是各子载波相互正交，使扩频后的频谱可以相互重叠，减少相互之间的干扰，提高了传递的速度。四、保护间隔与循环前缀OFDM 最大的优势就是把数据流串并到 N 个并行的子信道上，是的数据符号的周期可以扩大为原来数据符号周期的 N倍，同时时延扩展与符号周期的比值也降低了 N 倍。为了尽可能的消除符号间以及信道间的相互干扰，OFDM 系统又采取了保护间隔和循环前缀二种措施。保护间隔通过插入到符号之间起到保护的作用，而且保护间隔的长度一般应大于无线信道的最大时延扩展，在保护间隔内可以不再插入信号，即暴露空闲的传输时段。而这种空闲的信道之间也往往会产生干扰，造成 ICI，为了解决这种现

24、象，OFDM系统将原来宽度为 T 的符号进行周期扩展，用扩展信号进行填充。处于保护间隔内的信号即为循环前缀。同样，在接收端要先把宽度为 Tg 的部分丢弃掉，然后再进行傅里叶变换、解调等。五、OFDM系统参数的确定OFDM 的系统参数主要包括带宽、比特速率以及时延扩展。他们的选择需要根据不同的要求进行优化，但经过多年的实践，还是有一些规律可循的。保护间隔的时间长度一般为移动环境信道时延扩展均方根的 24 倍，如果保护间隔确定那么符号周期的长度也基本可以确定了。为了减少插入保护间隔带来的信噪比损失，一般附后周期的长度是保护间隔的 5 倍。在确定了符号周期及保护间隔后，则可以直接用带宽除以子载波间隔

25、得到子载波的数量。比特速率则是有调制类型、编码速率和符号速率共同确定的。三、这是一块比较重要的东西，是研究离散小波与OFDM一起的说明，是基于离散小波变换正交频分复用(DWT-OFDM)相关的了解。基于离散小波的基本理论，提出了一种新的多载波调制技术离散小波变换正交频分复用（DWTOFDM）。针对下一代移动通信中频率选择性及符号干扰的问题，比较全面的研究了基于离散小波变换的调制的基带特性，包括抗载频偏移和抗脉冲干扰等各方面性能，以及该系统在AWGN和典型无线传输环境下的表现等。理论及实践证明：在对抗窄带干扰方面，DWTOFDM系统性能表现突出，远远优于传统OFDM的性能。传统的OFDM系统是基

26、于FFT的系统, 能够提高系统抗衰落和抗同信道干扰的能力,但是传统的OFDM技术存在两个问题:其一,当信道特性破坏了各载波子信道的正交性时,系统的性能会受到很大的影响;其二,对信号进行FFT变换时,实质上对信号有一符号周期(Ts)长的截断过程,这一截断过程相当于信号与一个时长为Ts的矩形脉冲相乘,因而具有Sinc函数形状的频谱,前后两个数据帧有较大的频谱重叠,在信道畸变(如相位失真)时会产生较大的码间干扰(ISI)和各子信道之间的串扰(ICI )。为了解决这两个问题 ,人们在实际应用中一般加有保护带宽,同时增加数据帧之间的保护时宽。然而保护时宽的增加,一方面降低了信号传输速率,另一方面在多径信

27、道中,保护时宽只能清除前一符号对当前符号的影响,但对当前符号由于自身的多径效应而造成的干扰则没有多大的抑制作用。另外,增加帧间保护带宽等传统的方法是基于信道的线性假设条件的,当线性假设条件不满足时,其抗干扰的效果仍然会受到影响。因此,这种增加保护带宽和增加数据帧之间保护时宽的方法并不能解决根本问题,必须采用新的方法来抑制干扰。本文利用在时域和频域同时满足紧支撑特性的小波函数,克服了基于FFT 的OFDM系统的缺陷。离散小波变换能同时提供时间轴上函数本身的正交性和正交子空间中各函数基的互正交性,同时小波的滤波器具有高频谱容量,所有基于离散小波的OFDM系统都能更好的对抗窄带干扰,且比FFT一OF

28、DM具有天然的特性减少ICI。并且,小波OFDM中也不再需要FFT一OFDM中的保护间隔,这样系统更加简单,且数据速率更高。一DWT-OFDM基带传输系统的基本原理DWT一OFDM复基带系统的实现框图如图1 所示:正交小波变换基于两个函数中和,它们分别具备如下特征,构成了一组正交基包含N个子载波的DWT-OFDM系统的复等效基带信号为:快速小波变换采用两子带滤波器h(k) 和g(k)构成塔式结构方案。由(4)式知,DWI一OFDM系统采用Malat快速算法实现多载波调制,如果采用N个子载波调制,那么等效于用h(k) 和g(k) 组成的滤波器组进行次迭代实现。二、DWT-OFDM系统与传统OFO

29、M系统的性能比较DWT一OFDM和传统的DFT一OFDM两种多载波调制,具有多载波调制的一般优点,但二者由于两种正交变换的性质不同,调制性能也不同。1. DWT一OFOM系统对抗加性高斯白噪声的性能假定系统处于理想同步情况,我们采用最简单的加性白高斯噪声信道模型,选用Da ubeehies族dbl一dbs 等小波作为正交小波基函数,采用QPsK数字调制,不加循环前缀,与传统OFDM系统在相同条件下进行性能比较,仿真结果如图2 所示。循环前缀是用来对抗多径干扰的,但在理想同步的情况下,AWGN不会带来ISI和ICI,加循环前缀只会带来1 dB 的信噪比损失。因此为了公平比较,两系统都没有加人循环

30、前缀。从仿真图中我们看到,两系统对抗加性高斯白噪声的性能是一样的,主要因为DWI一OFDM是一种特殊的OFDM系统,和传统OFDM系统一样,也是选取一组正交基带,对输入的数据进行正交调制,获得一个长周期的OFDM符号,而接收端对调制后的信号能够完全重建。该仿真结果验证了DWT一OFDM系统建立的正确性。2. DWT一OFDM系统对抗窄带脉冲噪声的性能根据相关文献,窄带脉冲噪声的幅度的概率分布函数为：式中,A代表脉冲指标, 为高斯噪声一脉冲噪声功率比。为高斯噪声功率。为脉冲噪声功率, 为总的噪声功率。幅度服从(5) 式分布的噪声通常包括高斯分布的背景噪声,噪声功率为,脉冲噪声源服从泊松分布m!。

31、参数A定义为接收机单位时间间隔内的脉冲噪声数。A值越大,脉冲噪声出现的频度越高，A类噪声越接近高斯噪声。当A值接近10时，A类噪声的统计特性几乎是高斯分布了。所以，为了正确的模拟出窄带脉冲噪声，A一般取小于10的整数，在仿真中，我们选取A=2，选取Haar、db3、db5、db7Db9等小波作为正交小波基函数。 选用相同的信道环境，对DWT-OFDM系统和传统OFDM系统分别进行仿真并比较，仿真结果如图3所示。图三表明：DWT-OFDM系统对抗窄带脉冲噪声的性能明显好于DFT-OFDM系统，并且随着Daubechies小波支撑长度的增加，系统对窄带脉冲噪声的性能会越来越好。小波滤波器具有很好的

32、频谱集中器，副瓣衰减得很快，谱能量主要集中在主瓣，频谱容量远远高于Fourier滤波器；同事，随着Daubechies小波支撑长度的增加，小波滤波器的频谱几种性越来越好，所以DWT-OFDN系统在窄带脉冲噪声环境下更有优势。3. DWT-OFDM系统对抗多径干扰的性能 我们同样假定系统处于理想同步的情况下，采用4径Rayleigh, 选取Haar、db3、db5、db7、db 9等小波作为正交小波基函数,采用QPSK数字调制，插入块状导频，采用频域线性信道估计算法，对信道进行均衡。选用相同的条件，对DWT-OFDM系统和传统OFDM系统分别进行仿真并比较，仿真结果如图4所示。对抵抗多径干扰方面

33、，传统PFDM系统采用加循环前缀的方法来消除ISI和ICI，而对于DWT-OFDM系统，因为正交小波基数波形的非规则性，不能采用加循环前缀的方法。图4表明：在多径衰落信道下，采用相同频域线性信道估计算法，DWT-OFDM系统对抗ISI和ICI的性能要比传统OFDM系统差，但是我们不能就此得出结论说DWT-OFDM系统对抗多径干扰的性能不如传统的OFDM系统,因为这里我们把传统OFDM系统的信道估计算法用于DWT一OFDM系统有失公平性,直接套用频域信道估计是缺乏数学依据的。由于DWI一OFDM系统的数据是从小波域变换到时域,再从时域变换到小波域的,所以我们必须在小波域寻找合适的信道估计算法或者

34、其它的信道均衡方法。现在,我们只能说传统OFDM的频域信道估计算法并不适合于DWT一OFDM系统。DWI一OFDM基带传输系统是基于小波理论和多载波调制思想的调制技术。本文结合多载波调制,从小波分析的理论人手,对基于离散小波变换的OFDM基带传输系统进行了较为深人的研究,分析了DWI一OFDM基带传输的结构、优点和性能。在对抗窄带干扰方面,由于小波滤波器有很好的频谱集中性、频谱容量大、副瓣衰减得很快、各子信道之间频谱的隔离度很高,所以DWT一OFDM系统对抗窄带干扰的性能优于传统OFDM系统。在对抗多径干扰方面,传统的OFDM采用加循环前缀的方法来消除ISI 和ICI,而DWT一OFDM因为小

35、波函数波形的不规则性,不能采用加循环前缀的方法。由于小波具有时一频局部性、主瓣能量集中、副瓣衰减快等特点,可以不使用循环前缀,但是对于符号检测就要付出额外代价。 现代通信迅猛发展，一方面在于用户对于新业务的需求，另一方面，则是因为不断涌现的新技术的推动。新技术应用于现代通信系统中，提供了开展未来业务的物质基础。在无线领域，第三代无线通信系统普遍采用了CDMA技术。但仅依靠CDMA技术，仍无法满足未来视频业务和多媒体业务的要求。第四代无线通信系统倾向于采用多载波调制技术或多载波调制与CDMA相结合的技术来实现宽带的、高速的无线业务。为了进一步提高OFDM的系统性能，将离散小波变换(DWT)应用到

36、OFDM调制系统中，使新的系统在性能上比传统的系统有改进和提高，4G网络必将代替尚不完善的3G网络。所以接下来的叙述就更重要了，因为正交频分复用也就是OFDM是四代通信系统中的关键技术，亟需开发研究的一部分。而且与之结合的技术更能发挥出它的优势四、MIMO+OFDM：新一代移动通信核心技术新一代移动通信（ beyond3G/4G ）与第三代移动通信系统（ 3G ）相比将会提供更高的数据传输速率，更低的成本。达到高速率低成本的一个技术前提就是高频谱效率的技术，从而可以在有限的频谱上提供更高的传输速率和系统容量， MIMO和OFDM 就是这样的技术。二者的结合已经成为新一代移动通信技术研究中的热点

37、。通过这两种技术的优势互补，可以为系统提供高达2100Mbit/s 的传输速率，同时也能提高系统容量，降低成本。新一代移动通信（ beyond3G/4G ）将可以提供的数据传输速率高达100Mbit/s ，甚至更高，支持的业务从语音到多媒体业务，包括实时的流媒体业务。数据传输速率可以根据这些业务所需的速率不同动态调整。新一代移动通信的另一个特点是低成本。这样在有限的频谱资源上实现高速率和大容量，需要频谱效率极高的技术。MIMO 技术充分开发空间资源，利用多个天线实现多发多收，在不需要增加频谱资源和天线发送功率的情况下，可以成倍地提高信道容量。OFDM 技术是多载波传输的一种，其多载波之间相互正

38、交，可以高效地利用频谱资源，另外，OFDM 将总带宽分割为若干个窄带子载波可以有效地抵抗频率选择性衰落。因此充分开发这两种技术的潜力，将二者结合起来可以成为新一代移动通信核心技术的解决方案，下面详细介绍这两种技术及其二者的结合方案。1， MIMO技术MIMO（Multiple-input multiple-output）系统示意图如图1 所示，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， 还可以包括 SIMO（Single-Input multiple

39、-output）系统和 MISO（Multiple-input Single-Output）系统。MIMO信道是在收发两端使用多个天线，每个收发天线对之间形成一个MIMO 子信道，假定发送端有 M个发送天线，有 N个接收天线，在收发天线之间形成N× M 信道矩阵 H，在某一时刻t，信道矩阵为：其中H 的元素是任意一对收发天线之间的增益。对于信道矩阵参数确定的 MIMO信道，假定发送端不知道信道信息，总的发送功率为P，与发送天线的数量M 无关；接收端的噪声用 N×1矩阵n表示，它的元素是静态独立零均值高斯复数变量，各个接收天线的噪声功率均为；发送功率平均分配到每一个发送天线上

40、，则容量公式为：固定 N，令 M增大，使得 ，这时可以得到容量的近似表达式： 从上式可以看出，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

41、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。2,下面再次介绍OFDM技术，是为了更进一步的了解并更好的与MIMO技术的结合，也同时让我们更好的掌握OFDM技术原理及应用。OFDM（正交频分复用）技术实际上是MCM（ Multi-Carrier Modulation，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

42、道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到在每个子信道上进行传输。正交信号可以通过在接收端采用相关技术来分开，这样可以减少子信道之间的相互干扰（ICI ）。每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此每个子信道上的可以看成平坦性衰落，从而可以消除符号间干扰。而且由于每个子信道的带宽仅仅是原信道带宽的一小部分，信道均衡变得相对容易，图 2是OFDM 系统的组成示意图。结合图 2简要介绍 OFDM的工作原理，输入数据信元的速率为 R，经过串并转换后，分成M 个并行的子数据流，每个子数据流的速率为 R/M，在每个子数据流中的若干个比特分成一组，每组的数目取决于对应子载波上的调制方式，如PS

43、K 、QAM等。M 个并行的子数据信元编码交织后进行IFFT变换，将频域信号转换到时域，IFFT 块的输出是N个时域的样点，再将长为Lp 的 CP（循环前缀）加到N 个样点前，形成循环扩展的OFDM 信元，因此，实际发送的 信元的长度为Lp+N ，经过并/串转换后发射。接收端接收到的信号是时域信号，此信号经过串并转换后移去CP ，如果CP 长度大于信道的记忆长度时，ISI 仅仅影响CP ，而不影响有用数据，去掉 CP也就去掉了 ISI的影响。OFDM技术之所以越来越受关注，是因为有很多独特的优点：（1）频谱利用率很高，频谱效率比串行系统高近一倍。这一点在频谱资源有限的无线环境中很重要。 OFD

44、M信号的相邻子载波相互重叠，从理论上讲其频谱利用率可以接近Nyquist 极限。（2）抗多径干扰与频率选择性衰落能力强，由于OFDM 系统把数据分散到许多个子载波上，大大降低了各子载波的符号速率，从而减弱多径传播的影响，若再通过采用加循环前缀作为保护间隔的方法，甚至可以完全消除符号间干扰。（3）采用动态子载波分配技术能使系统达到最大比特率。通过选取各子信道，每个符号的比特数以及分配给各子信道的功率使总比特率最大。即要求各子信道信息分配应遵循信息论中的“注水定理”，亦即优质信道多传送，较差信道少传送，劣质信道不传送的原则（4）通过各子载波的联合编码，可具有很强的抗衰落能力。OFDM 技术本身已经

45、利用了信道的频率分集，如果衰落不是特别严重，就没有必要再加时域均衡器。但通过将各个信道联合编码，可以使系统性能得到提高。（5）基于离散傅立叶变换（DFT ）的OFDM有快速算法， OFDM采用IFFT 和FFT 来实现调制和解调，易用 DSP实现。3 MIMO和OFDM 的结合MIMO系统在一定程度上可以利用传播中多径分量，也就是说 MIMO可以抗多径衰落，但是对于频率选择性深衰落，MIMO 系统依然是无能为力。目前解决MIMO 系统中的频率选择性衰落的方案一般是利用均衡技术，还有一种是利用OFDM 。大多数研究人员认为 OFDM技术是4G 的核心技术，4G需要极高频谱利用率的技术，而 OFDM提高频谱利用率的作用毕竟是有限的，在OFDM 的基础上合理开发空间资源，也就是 MIMO-OFDM，可以提