基于OFDM的蜂窝移动通信系统关键技术研究

【摘要】：在恶劣的移动通信环境中可靠、高速地传输数据是未来蜂窝移动通信系统的目 标和要求。正交频分复用(OFDM, Orthogonal Frequency Division Multiplex)多载波 通信技术具有抗多径干扰和时延弥散的优异性能，能够提供非常高的数据吞吐率。 由于系统采用离散傅立叶变换，因此大大降低了发射机和接收机的实现复杂度。 多载波码分多址(MC-CDMA，Multicarrier CDMA)是最佳的 OFDM 和 CDMA(Code Division Multiple Access)多址接入技术融合方案，兼具 CDMA 和 OFDM 这两项技 术的优点。而移动通信系统的容量和性能在很大程度上取决于多址方案的选择。 在 MC-CDMA 系统中，用户的信息符号先经过频域扩谱，再进行 OFDM 调制，一 个数据符号同时在所有并行子载波上传输，具有频率分集的优点。基于 OFDM 的 蜂窝移动通信系统具有非常广阔的应用前景。 本文的分析表明，CDMA 技术是一种正交码分复用技术，而 OFDM 技术则是 一种正交频分复用技术，OFDM 和 CDMA 发送信号都近似于高斯白噪声信号，是 满足香农公式的高斯信道和多径衰落信道中传输的最佳信号形式。本文重点讨论 了采用等增益合并(EGC, Equal Gain Combination)和最大比合并(MRC, Maximum Ratio Combination)两种合并分集接收技术的 MC-CDMA 系统在瑞利信道和莱斯信 道下的良好性能，并提出了一种系统的通用矩阵分析模型，给出了新颖的系统理 论误码率分析公式。 针对 OFDM 系统实际应用中的两个关键问题—峰平功率比问题和同步问题， 给出了两种等效的峰平比定义，重点研究了限幅、选择映射和基于部分传输序列 三种降低峰平比的方法；同时针对 OFDM 系统符号同步的特点，讨论了频域和时 域的符号同步方法，进一步介绍了一种基于统计的时域同步方法。而 MC-CDMA 系统具有能够选择扩谱码来降低峰平比的独特性质，本文提出了在 MC-CDMA 系统 中采用扩谱码的优选条件，即同时考虑扩谱码的峰值因子、相关特性、和谱相关 特性。由于格雷互补序列具有峰值因子不大于 6dB 的优点和相关、谱相关特性差 的缺点，本文采用 m 序列和 Gold 序列来改善格雷互补序列的相关和谱相关性能。 基于优选扩谱码的 MC-CDMA 系统计算量小，实用性强。