基于FPGA的OFDM通信系统设计初稿.docx

第1章 绪论 随着以通信技术和计算机技术为标志的高科技的发展,人们的生活发生了 日新月异的巨大变化。人与人之间的信息传递越来越密切,方式也越来越多样化, 人类的社会已经进入了“信息社会”。在各种信息技术中,信息的传输起着支撑 作用,由于人类社会生活对通信的需求越来越高,世界各国都在致力于现代通信 技术的研发和建设中。 现代移动通信技术在融汇了当代电子技术、计算机技术、无线通信、有线通 信和网络技术的基础上,更是得到了突飞猛进地发展。目前,移动通信己从模拟 通信发展到了数字通信阶段,并且朝着个人通信更高阶段发展。未来的移动通信 目标是能在任何时间、任何地点、向任何个人提供可靠的通信服务。同时,计算 机网络己经从有线网络向无线网络发展,并且要求能够随时随处自由接入、享受更多的业务、安全且有保障。在通信技术和计算机技术的驱动环境下,使得得到了迅速的发展,并且成为新一代宽带移动通信的首选传输方式之一。 1.1无线城域网技术 在无线局域网势头正劲之际,近几年又出现了无线城域网技术。无线城域网的推出是为了满足日益增长的宽带无线接入市场需求。虽然多年来802.11x技术一直与许多其他专有技术一起被用于无线接入,并获得很大成功,但是WLAN的总体设计及其提供的特点并不能很好地适用于室外宽带无线的应用。当其用于室外时,在带宽和用户数方面将受到限制,同时还存在着通信距离等其他一些问题。基于上述情况,决定制定一种新的、更复杂的全球标准,这个标准应能同时解决物理层环境室外射频传输和QOS两方面的问题,以满足和“最后一英里”接入市场的需要。有了这样一个全球标准,就能使通信公司和服务提供商通过建设新的无线城域网来为目前仍然缺少宽带服务的企业与住宅提供服务。 IEEE802.16工作组专门负责无线城域网方面的技术工作,目前己经推出了一系列的空中接口标准,目前必威体育精装版推出的802.16-2004标准是最权威也是得到最广泛公认的标准。2000年11月,OFDM论坛的固定无线接入工作组向IEEE802.16工作组中的IEEE802.16.3工作小组提交了一份建议书,提议采用OFDM技术作为城域网的IEEE802.16.3物理层标准。802.16-2004一是相对比较成熟并且最具实用性的一个标准版本,其中包含2-11GHz频段的空中接口标准,是专门为满足非视距传播的需要而设计的,是对802.16.a标准的修订。其物理层主要采用OFDM技术,包括两种空中接口,一种是Wireless MAN-OFDM,另外一种是WirelessMAN-OFDM。由于OFDM和OFDMA具有较高的频谱利用率,且在抵抗多径效应、频率选择性衰落和窄带干扰上具有明显优势,因此成为802.16中主要的物理层关键技术。 WirelessMAN-OFDM使用的频段是2-11GHz,双工方式也都可以采用TDD和FDD方式,其中还包括半双工方式(H-FDD)。OFDM关于延迟扩展时间和有效符号时间的比值,标准规定可以根据不同的多径时延扩展在1/4,1/8,1/16和1/32之中选取,在抵抗符号间干扰和高传输效率之间取得平衡。WirelessMAN-OFDM支持高级天线系统（AAS）和空时码发送分集（STC），上下行子帧中可以包含AAS部分或STC部分。系统是以突发的方式传输数据的,802.16系统是以突发的方式传输数据的, 其中所应用的OFDM子载波数为256。 1.2 OFDM技术的背景及研究现状 OFDM是一种高效的数据传输方式，其基本思想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一个子载波进行调制，并且各子载波并行传输。这样,尽管总的信道是非平坦的,具有频率选择性,但是每个子信道是相对平坦的,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。OFDM相对于一般的多载波传输的不同之处是它允许子载波频谱部分重叠,只要满足子载波间相互正交,则可以从混叠的子载波上分离出数据信号。由于OFDM允许子载波频谱混叠,其频谱效率大大提高,因而是一种高效的调制方式。 1.2.1 OFDM技术的应用与发展 早在上世纪60年代中期,就已经提出频率复用、多载波并行传输的概念。在这样的并行系统里,将整个信号频带分为M个互不干扰的子频带,在每个子频带上都调制数据。这样的频分复用并行系统可以对抗频率选择性衰落,但是这样的并行系统代价也是明显的：需要M个调制器以及M个解调器,在硬件实现上会碰到难以克服的困难。直到1971年,Weinstein和Ebert提出了正交频分复用(OFDM:Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 的并行传输系统,从而可以用离散傅立叶变换对来等效实现多个调制解调器的功能,这才极大的简化了原始