一種突發(fā)OFDM傳輸系統(tǒng)的設(shè)計

摘要：第四代移動通信系統(tǒng)要求有更高的數(shù)據(jù)傳輸速率、更好的傳輸質(zhì)量且同時能很好地克服多徑衰落，消除高速數(shù)據(jù)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(fù)用OFDM技術(shù)作為一種強有力的數(shù)字調(diào)制方式，以其突出的優(yōu)點成為4G移動通信系統(tǒng)的核心技術(shù)。在多徑時延、信息速率以及帶寬等特定背景條件確定的情況下，根據(jù)工程經(jīng)驗設(shè)計了一種適應(yīng)該背景條件的突發(fā)OFDM傳輸系統(tǒng)，并且確定予載波數(shù)量、符號速率、OFDM幀結(jié)構(gòu)等總體參數(shù)。最后給出了該OFDM傳輸系統(tǒng)設(shè)計結(jié)構(gòu)示意圖。
關(guān)鍵詞：OFDM；卷積編碼；多普勒頻移；定時估計

0 引言
國外對OFDM技術(shù)的研究已有近50年的歷史。最初無線OFDM傳輸系統(tǒng)是用在軍用無線高頻通信鏈路中，隨著數(shù)字信號處理(DSP)和超大規(guī)模集成電路(VLSI)技術(shù)的發(fā)展，OFDM技術(shù)獲得了長足的進步并廣泛應(yīng)用于社會生活的各個方面。其應(yīng)用主要有：
(1)廣泛應(yīng)用于音頻和視頻傳輸中，如歐洲數(shù)字音頻廣播(DAB)、數(shù)字視頻廣播(DVB)以及日本的綜合業(yè)務(wù)數(shù)字廣播(ISDB)等；
(2)非對稱數(shù)字用戶鏈路(ADSL)；
(3)無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802．11a、歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(ETSI)推出的局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)Hyperlan2等；
(4)無線城域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802．16a；
(5)已具雛形的4G蜂窩系統(tǒng)(大唐TD-LTE)。
本文根據(jù)特定的背景需求，設(shè)計了一種突發(fā)OFDM系統(tǒng)。該特定的移動傳輸?shù)谋尘靶枨笕缦拢?br /> (1)多徑最大時延擴展τ為20μs；
(2)信息速率Rb為5～36 Mb／s；
(3)帶寬W20 MHz；
(4)接收機運動速度小于80 km／h；
(5)采用突發(fā)傳輸模式；
(6)射頻中心頻率在5 GHz。
多徑最大時延擴展反映了信道的惡劣程度。從以上參數(shù)可以看出，該背景需求的信道是相當(dāng)惡劣的。若采用單載波傳輸，由于多徑時延太大，接收端均衡器將過于復(fù)雜。在這種情況下，根據(jù)前面分析，采用OFDM的調(diào)制方式具有很大的優(yōu)勢。

1 總體參數(shù)設(shè)計
根據(jù)背景需求和工程經(jīng)驗，按以下步驟進行總體參數(shù)設(shè)計：
1．1 確定保護間隔
OFDM符號保護間隔的時間一般要大于最大時延擴展。因為最大時延擴展為20μs，取保護間隔即循環(huán)前綴時間長度為：Tg=25μs。
1．2 選擇符號周期、有效符號長度、子載波間隔
考慮到保護間隔的引入帶來的信息傳輸效率的損失和系統(tǒng)實現(xiàn)的復(fù)雜程度及系統(tǒng)的峰值平均功率比因素，在實際系統(tǒng)中，選擇符號長度Ts至少是保護間隔的5倍，即：Ts≥125μs。
有效信息符號長度至少為保護間隔的4倍，即：Tu≥100μs。
子載波間隔為有效信息符號長度Tu的倒數(shù)，即：，其中129為插入導(dǎo)頻數(shù)Np)，其余OFDM符號分配虛載波，數(shù)值為0。因此一個OFDM符號占用帶寬和其中的有效子載波占用帶寬Ws是相同的，即Ws=Nd×△f= 16．65 MHz，小于要求的20 MHz。
若Ts=125μs，若Rb取最小值為5 Mb／s，采用64QAM調(diào)制會增加系統(tǒng)復(fù)雜程度，考慮用QPSK調(diào)制方式代替。此時M=2，由公式(1)可計算得到Nd等于625。為了便于系統(tǒng)時鐘控制，根據(jù)經(jīng)驗取有效子載波數(shù)Nd為833(，其中65為插入導(dǎo)頻數(shù)Np)，OFDM符號中其余非有效子載波處載波值為0。因此一個OFDM符號占用帶寬為8．33 MHz，遠小于要求的20 MHz。