1、一、想研究基于離散小波變換的OFDM，必須先知道移動通信技術的歷史及發展趨勢一、移動通信技術的發展歷程在過去的 10 年中，世界電信發生了巨大的變化，移動通信特別是蜂窩小區的迅速發展，使用戶徹底擺脫終端設備的束縛、實現完整的個人移動性、可靠的傳輸手段和接續方式。進入21 世紀，移動通信將逐漸演變成社會發展和進步的必不可少的工具。 第一代移動通信系統 (1G)是在 20世紀 80 年代初提出的，它完成于 20世紀 90年代初，如NMT 和AMPS，NMT 于 1981年投入運營。第一代移動通信系統是基于模擬傳輸的，其特點是業務量小、質量差、交全性差、沒有加密和速度低。1G主要基于蜂窩結構組網，直

2、接使用模擬語音調制技術，傳輸速率約2.4kbit/s。不同國家采用不同的工作系統。 第二代移動通信系統 (2G)起源于 90 年代初期。歐洲電信標準協會在 1996 年提出了GSM Phase 2+，目的在于擴展和改進GSM Phase 1及Phase 2 中原定的業務和性能。它主要包括 CMAEL(客戶化應用移動網絡增強邏輯)，SO(支持最佳路由)、立即計費，GSM 900/1800雙頻段工作等內容，也包含了與全速立即計費，GSM 900/1800雙頻段工作等內容，也包含了與全速率完全兼容的增強型話音編解碼技術，使得話音質量得到了質的改進；半速率編解碼器可使GSM系統的容量提高近一倍。在GS

3、M Phase2+ 階段中，采用更密集的頻率復用、多復用、多重復用結構技術，引入智能天線技術、雙頻段等技術，有效地克服了隨著業務量劇增所引發的GSM 系統容量不足的缺陷；自適應語音編碼(AMR)技術的應用，極大提高了系統通話質量；GPRS/EDGE技術的引入，使GSM與計算機通信/Internet有機相結合，數據傳送速率可達115/384kbit/s，從而使GSM 功能得到不斷增強，初步具備了支持多媒體業務的能力。盡管2G技術在發展中不斷得到完善，但隨著用戶規模和網絡規模的不斷擴大，頻率資源己接近枯竭，語音質量不能達到用戶滿意的標準，數據通信速率太低，無法在真正意義上滿足移動多媒體業務的需求。

4、 第三代移動通信系統(3G)，也稱IMT2000，是正在全力開發的系統，其最基本的特征是智能信號處理技術，智能信號處理單元將成為基本功能模塊，支持話音和多媒體數據通信，它可以提供前兩代產品不能提供的各種寬帶信息業務，例如高速數據、慢速圖像與電視圖像等。如WCDMA的傳輸速率在用戶靜止時最大為2Mbps，在用戶高速移動時最大支持144Kbps，所占頻帶寬度5MHz 左右。但是，第三代移動通信系統的通信標準共有WCDMA，CDMA2000和TD-SCDMA三大分支，共同組成一個IMT 2000家庭，成員間存在相互兼容的問題，因此已有的移動通信系統不是真正意義上的個人通信和全球通信；再者，3G的頻譜

5、利用率還比較低，不能充分地利用寶貴的頻譜資源；第三，3G支持的速率還不夠高，如單載波只支持最大2Mbps 的業務，等等。這些不足點遠遠不能適應未來移動通信發展的需要，因此尋求一種既能解決現有問題，又能適應未來移動通信的需求的新技術(即新一代移動信:next generation mobile communication)是必要的。二、第四代移動通信系統的概念4G 也稱為廣帶接入和分布網絡, 具有超過2Mb/s的非對稱數據傳輸能力, 對高速移動用戶能提供150M b/s 的高質量的影像服務, 并首次實現三維圖像的高質量傳輸. 它包括廣帶無線固定接入、廣帶無線局域網, 移動廣帶系統和互操作的廣播網

6、絡(基于地面和衛星系統) , 是集多種無線技術和無線LAN 系統為一體的綜合系統, 也是寬帶IP 接入系統. 在這個系統上, 移動用戶可以實現全球無縫漫游. 為了進一步提高其利用率, 滿足高速率、大容量的業務需求, 同時克服高速數據在無線信道下的多徑衰落和多徑干擾等眾多優勢。三、第四代移動通信系統的關鍵技術4G系統中有兩個基本目標：一是實現無線通信全球覆蓋；二是提供無縫的高質量無線業務.為了達到這個目標,需要在下列幾個方面做出努力:頻譜的高效使用、帶寬的動態分配、安全的無線應用、更高的服務質量、高性能的信號調制傳輸技術。為此，4G系統使用了許多新技術，其中關鍵技術介紹如下：3.1正交頻分復用技

7、術第3代移動通信主要采用以碼分多址CDMA(Code DivisionMultiple Address, CDMA) 技術, 而正交頻分復OFDM(Orthogonal Frequency Division Modulation , OFDM) 技術因具有頻譜利用率高、抗多徑衰落能力強等優點, 受到越來越廣泛的關注.并已成功地應用到高速率數字用戶線(HDSL)、不對稱數字用戶線(ADSL)、高清晰度數字電視(HDTV)、無線局域網網標準802.11a、數字視頻廣播(DVB2T) 以及固定本地無線接入系統中. 可以預見4G 中將采用OFDM 技術作為主要的傳輸方式OFDM 技術實際上是多載波調制

8、MCM (Multi2 Carrier Mul-tiplexing ,MCM ) 的一種, 其主要原理是:將待傳輸的高速串行數據經串/并變換, 變成在N個子信道上并行傳輸的低速數據流, 再用N 個相互正交的載波進行調制, 然后疊加一起發送. 接收端用相干載波進行相干接收, 再經并/串變換恢復為原高速數據. 圖1 是OFDM 系統基本框圖. OFDM 技術的主要優點有:(1) 抗衰落和碼間干擾能力強. OFDM 通過串/并變換,擴展了每個子載波上的數據符號的脈沖寬度, 降低了子信道的信息速率, 使得對脈沖噪聲和信道快衰落的抵抗能力更強; 并且采用插入循環前綴技術. 若循環前綴長度大于信道擴展長度

9、,則能有效地保持載波間的正交性, 進而抑制了符號間干擾ISI(Inter2symbol Interference, ISI). (2) 實現容易. 對OFDM 的N 個正交子載波進行調制與解調, 可以通過快速傅立葉逆變IFFT( Inverse Fast Fourier Transform,IFFT) 和快速傅立葉變換FFT (Fast Fourier Transform, FFT ) 來實現,這在數字信號處理器DSP (Digital Signal Processor ,DSP) 上比較容易實現.(3) 頻譜利用率高. 在傳統的頻分復用方法中各個子載波的頻率是互不相同, 為了減少各子載波之間

10、的相互串擾, 需要留出足夠的頻率保護帶, 降低了頻譜利用率. 同時, 需要使用大量的對應各個子載波頻率的發送濾波器和接收濾波器, 在一定程度上增加了系統的成本. 而OFDM 信號的相鄰子載波相互重疊中, 可以最大限度地利用頻譜資源. 這對于稀有的無線頻譜資源非常重要.32多輸入多輸出（MIMO）技術多輸入多輸出（MIMO）技術是無線移動通信領域智能天線技術的重大突破。該技術能在不增加帶寬的情況下成倍地提高通信系統的容量和頻譜利用率，是下一代移動通信系統的核心技術之一。MIMO技術的基本思想就是在無線通信系統的發射和接收端都采用多天線 為輸入信號， 為輸出信號式中 符號 矢量或矩陣的轉置，見圖2

11、，MIMO系統原理圖。MIMO系統采用空時處理技術進行信號處理，在豐富的散射環境下，空分復用MIMO系統（如BLAST結構）可以獲得與天線數成正比的容量增長，從而極大地提高頻譜效率，增加系統的數據傳輸速率。但是當散射程度欠佳時，會引起信道間的空間相關，尤其在室外環境下，由于基站的天線較高，從而角度擴展較小，其空間相關難以避免，在這種情況下MIMO不可能獲得所期望的數據傳輸速率。研究表明，采用MIMO技術的無線局域網系統在室內環境下的頻譜效率可以高達2040bps/Hz；而使用傳統無線通信技術在移動蜂窩中的頻譜效率僅為15bps/Hz，在點到點的固定微波系統中也只有1012bps/Hz。3.3切

12、換技術切換技術能夠實現移動終端在不同小區之間跨越和在不同頻率之間通信以及在信號質量降低時如何選擇信道. 它是未來移動終端在眾多通信系統、移動小區之間建立可靠通信的基礎.主要劃分為硬切換、軟切換和更軟切換.硬切換發生在不同頻率的基站或不同系統之間. 在切換過程中, 移動臺先中斷與原基站的聯系,然后調諧到新的頻率上, 再與新基站建立聯系. 其明顯缺點是在通信過程會出現短時的傳輸中斷, 影響通話質量.另外,由于各種因素還會導致切換失敗,引起掉話.軟切換是同一頻率下不同基站之間的切換. 在切換過程中, 移動臺在中斷原基站的聯系之前, 先用相同頻率建立與新基站的業務信道, 原基站和新基站同時接收移動臺的

13、信號, 移動臺也接收2個基站的信號, 當檢測到新基站的傳輸質量滿足指標要求后, 移動臺才切斷同原基站的鏈路. 由于在2 條鏈路傳輸的是同一個數據流,保證了通信不會發生中斷,也減少了切換過程中的掉話率.軟切換是指發生在同一基站具有相同頻率的不同扇區之間的切換.第4 代移動通信中的切換技術正朝著軟切換和硬切換相結合的方向發展。3.4 軟件無線電技術軟件無線電是將標準化、模塊化的硬件功能單元經過一個通用硬件平臺，利用軟件加載方式來實現各種類型的無線電通信系統的一種具有開放式結構的新技術。通過下載不同的軟件程序，在硬件平臺上可實現不同功能，用以實現在不同系統中利用單一的終端進行漫游，它是解決移動終端在

14、不同系統中工作的關鍵技術。軟件無線電技術主要涉及數字信號處理硬(Digital Signal Process Hardware，DSPH)、現場可編程器件(Field Programmable Gate Array，FPGA)、數字信號處理(Digital Signal Processor，DSP)等。3.5IPv6 協議技術3G 網絡采用的主要是蜂窩組網, 而4G 系統將是一個基于全IP 的移動通信網絡, 可以實現不同類型的接入系統和通信網絡之間的無縫互連. 為了給用戶提供更為廣泛的業務, 使運營商管理更加方便 靈活, 4G 中將取代現有的IPv4 協議, 采用全分組方式傳送數據的IPv6

15、協議。 IPv6 協議主要有如下優點:巨大的地址空間: 地址字段采用128 位,能夠為所有網絡設備提供一個全球唯一的地址. 地址的自動配置: IPv6 支持無狀態和有狀態2 種地址自動配置方式. 服務質量: IPv6 能提供不同水平的服務. 這主要是由于IPv6 報頭中新增加了“業務級別”字段和20 位的“流標記”字段. 通過這2 個字段, 中間的各節點就可以識別和分開處理任何IP地址流.“流標志”將用于基于服務級別的新計費系統. 另外, IPv6 還將支持“實時在線”連接、防止服務中斷以及提高網絡性能. 移動性: 移動IPv6 在新功能和新服務方面可提供更大的靈活性. 每個移動設備設有一個固

16、定的家鄉地址, 這個地址與設備當前聯網的位置無關. 當設備在家鄉以外的地方使用時, 可以通過一個轉交地址來提供移動節點當前的位置信息. 移動設備每次改變位置,都要將它的轉交地址告訴給家鄉地址和它所對應的通信節點.在家鄉以外的地方, 移動設備傳送數據包時, 通常在IPv6 報頭中將轉交地址作為源地址.四、4G通信系統的主要特征目前正在構思中的4G通信具有以下特征：（1）通信速度更快人們研究4G通信的最初目的是為了提高蜂窩電話和其他移動終端訪問Internet的速率，因此，4G通信最顯著的特征就是它有更快的無線傳輸速率。據專家估計，第四代移動通信系統的傳輸速率速率可以達到10M20Mbps，最高可

17、以達到100Mbps。（2）網絡頻譜更寬要想使4G通信達到100Mbps的傳輸速率，通信運營商必須在3G網絡的基礎上進行大幅度的改造，以便使4G網絡在通信帶寬上比3G網絡的帶寬高出許多。據研究，每個4G信道將占有100MHz的頻譜，相當于W-CDMA 3G網絡的20倍。（3）通信更加靈活從嚴格意義上說，4G手機的功能已不能簡單劃歸“電話機”的范疇，因為語音數據的傳輸只是4G移動電話的功能之一而已。而且4G手機從外觀和式樣上看將有更驚人的突破，可以想象的是，眼鏡、手表、化妝盒、旅游鞋都有可能成為4G終端。（4）智能性更高第四代移動通信的智能性更高，不僅表現在4G通信的終端設備的設計和操作具有智能

18、化，更重要的是4G手機可以實現許多目前還難以想象的功能，例如，4G手機將能根據環境、時間以及其他因素來適時提醒手機的主人。（5）兼容性更平滑要使4G通信盡快地被人們接收，還應該考慮到讓更多的用戶在投資最少的情況下較為容易地過渡到4G通信。因此，從這個角度來看，4G通信系統應當具備全球漫游、接口開放、能跟多種網絡互聯、終端多樣化以及能從3G平穩過渡等特點。（6）實現更高質量的多媒體通信4G通信提供的無線多媒體通信服務將包括語音、數據、影像等，大量信息透過寬頻的信道傳送出去，為此4G也稱為“多媒體移動通信”。隨著固定和移動寬帶化的發展趨勢，通信網絡正在發生著根本性的變化，通信的主體也將由主要是人與

19、人，擴展到人與物或物與物。固定網與移動網的融合，通信網、計算機網、廣播電視網和傳感器網絡的融合將成為未來發展的趨勢。 二、下面介紹OFDM 工作系統的基本原理20 世紀 80 年代，OFDM 技術被應用到無線通信當中，因為其可以最大程度的減小信號的衰落，且具有較高的速率二得到了廣泛的應用。如今OFDM 已被多個標準所采納和應用，如無線局域網、數字電視、寬帶無線接入等等，OFDM 技術都是作為最核心的技術。一、OFDM系統簡介在 OFDM 系統中，信號的產生和調節都是通過數字信號的處理方式來進行處理的。因此，在進行處理時，首先是采用1/Ts 的平率來抽樣，形成離散的時間信號，然后再通過串并轉換，

20、進過信號映射后表示為：。通過變換后的并行數據符號率為1/(N Ts), 也就是說此時的并行符號的持續時間已經是串行時間 Ts的N倍 。然后再把數據向量 進行傅里葉變換，再在添加上保護間隔時間 Tg 即可得到 。如果用Sn,k 表示第 n 個符號，第 k 個子載波的IDFT 輸出 ，則其關系式可表示為：變換后得到的信號經過并串轉換，數模轉化后送入信道程序。在這個過程中，為了消除符號間干擾 ISI 和載波間干擾ICI的影響，保護間隔的長度應大于信道的最大時延擴展。同理，在接受部分，OFDM信號依次經過模數轉換、串并轉化，去掉時間保護間隔，通過 N 的離散傅里葉變化，然后再經過并串轉化和解碼便可得到

21、需要輸出的數據。二、串并轉換串并轉換就是把一個連續的信號元序列變換成為表示相同信息的一組相應的并行出現的信號源的過程。OFDM 進行串并轉化的原因為了進行調制，同時還可以盡可能的減少多徑無線信道的影響。轉換后的信道雖然是非平坦的，還具有一定的線信道的影響。轉換后的信道雖然是非平坦的，還具有一定的選擇性，但對于每個子信道來說卻是相對平坦的，在信道上進行傳輸時，信號的帶寬也遠遠小于信道的帶寬，可以大大的減少信號波之間的相互干擾，提高了頻譜的利用率，同時也消除了碼間內的干擾，消除信源的長時間 0 串或者是 1 串所帶來的影響，因此，串并轉換在 OFDM 通信系統中是至關重要的一環。在接收端則采用子載

22、波去同步解調，然后再按照發送端相反的方向還原出原始的數據。正常情況下信道衰減嚴重的話會引起連串的比特錯誤，然而經過串并變化后的信號在時間上幾乎是相同的，所以同時消除了錯誤。另外也在一定程度上提高了前向糾錯編碼的性能，從整體上提高了 OFDM 的性能。三、子載波調制在 OFDM 系統中，對載波所使用的調制方法可以相同也可以不同，根據信道的實際狀況選擇不同的調制方式。如果用 N 表示子載波的個數，T 表示OFDM 符號的持續時間；di表示子信道的數據符號， 表示第i 個子載波的頻率，矩形函數 rect(t)=1，|t| T/2，時間從 ts 開始，則通常用下式來描述OFDM 的輸出信號：OFDM

23、技術的特點就是各子載波相互正交，使擴頻后的頻譜可以相互重疊，減少相互之間的干擾，提高了傳遞的速度。四、保護間隔與循環前綴OFDM 最大的優勢就是把數據流串并到 N 個并行的子信道上，是的數據符號的周期可以擴大為原來數據符號周期的 N倍，同時時延擴展與符號周期的比值也降低了 N 倍。為了盡可能的消除符號間以及信道間的相互干擾，OFDM 系統又采取了保護間隔和循環前綴二種措施。保護間隔通過插入到符號之間起到保護的作用，而且保護間隔的長度一般應大于無線信道的最大時延擴展，在保護間隔內可以不再插入信號，即暴露空閑的傳輸時段。而這種空閑的信道之間也往往會產生干擾，造成 ICI，為了解決這種現象，OFDM

24、系統將原來寬度為 T 的符號進行周期擴展，用擴展信號進行填充。處于保護間隔內的信號即為循環前綴。同樣，在接收端要先把寬度為 Tg 的部分丟棄掉，然后再進行傅里葉變換、解調等。五、OFDM系統參數的確定OFDM 的系統參數主要包括帶寬、比特速率以及時延擴展。他們的選擇需要根據不同的要求進行優化，但經過多年的實踐，還是有一些規律可循的。保護間隔的時間長度一般為移動環境信道時延擴展均方根的 24 倍，如果保護間隔確定那么符號周期的長度也基本可以確定了。為了減少插入保護間隔帶來的信噪比損失，一般附后周期的長度是保護間隔的 5 倍。在確定了符號周期及保護間隔后，則可以直接用帶寬除以子載波間隔得到子載波的

25、數量。比特速率則是有調制類型、編碼速率和符號速率共同確定的。三、這是一塊比較重要的東西，是研究離散小波與OFDM一起的說明，是基于離散小波變換正交頻分復用(DWT-OFDM)相關的了解。基于離散小波的基本理論，提出了一種新的多載波調制技術離散小波變換正交頻分復用（DWTOFDM）。針對下一代移動通信中頻率選擇性及符號干擾的問題，比較全面的研究了基于離散小波變換的調制的基帶特性，包括抗載頻偏移和抗脈沖干擾等各方面性能，以及該系統在AWGN和典型無線傳輸環境下的表現等。理論及實踐證明：在對抗窄帶干擾方面，DWTOFDM系統性能表現突出，遠遠優于傳統OFDM的性能。傳統的OFDM系統是基于FFT的系

26、統, 能夠提高系統抗衰落和抗同信道干擾的能力,但是傳統的OFDM技術存在兩個問題:其一,當信道特性破壞了各載波子信道的正交性時,系統的性能會受到很大的影響;其二,對信號進行FFT變換時,實質上對信號有一符號周期(Ts)長的截斷過程,這一截斷過程相當于信號與一個時長為Ts的矩形脈沖相乘,因而具有Sinc函數形狀的頻譜,前后兩個數據幀有較大的頻譜重疊,在信道畸變(如相位失真)時會產生較大的碼間干擾(ISI)和各子信道之間的串擾(ICI )。為了解決這兩個問題 ,人們在實際應用中一般加有保護帶寬,同時增加數據幀之間的保護時寬。然而保護時寬的增加,一方面降低了信號傳輸速率,另一方面在多徑信道中,保護時

27、寬只能清除前一符號對當前符號的影響,但對當前符號由于自身的多徑效應而造成的干擾則沒有多大的抑制作用。另外,增加幀間保護帶寬等傳統的方法是基于信道的線性假設條件的,當線性假設條件不滿足時,其抗干擾的效果仍然會受到影響。因此,這種增加保護帶寬和增加數據幀之間保護時寬的方法并不能解決根本問題,必須采用新的方法來抑制干擾。本文利用在時域和頻域同時滿足緊支撐特性的小波函數,克服了基于FFT 的OFDM系統的缺陷。離散小波變換能同時提供時間軸上函數本身的正交性和正交子空間中各函數基的互正交性,同時小波的濾波器具有高頻譜容量,所有基于離散小波的OFDM系統都能更好的對抗窄帶干擾,且比FFT一OFDM具有天然

28、的特性減少ICI。并且,小波OFDM中也不再需要FFT一OFDM中的保護間隔,這樣系統更加簡單,且數據速率更高。一DWT-OFDM基帶傳輸系統的基本原理DWT一OFDM復基帶系統的實現框圖如圖1 所示:正交小波變換基于兩個函數中和,它們分別具備如下特征,構成了一組正交基包含N個子載波的DWT-OFDM系統的復等效基帶信號為:快速小波變換采用兩子帶濾波器h(k) 和g(k)構成塔式結構方案。由(4)式知,DWI一OFDM系統采用Malat快速算法實現多載波調制,如果采用N個子載波調制,那么等效于用h(k) 和g(k) 組成的濾波器組進行次迭代實現。二、DWT-OFDM系統與傳統OFOM系統的性能

29、比較DWT一OFDM和傳統的DFT一OFDM兩種多載波調制,具有多載波調制的一般優點,但二者由于兩種正交變換的性質不同,調制性能也不同。1. DWT一OFOM系統對抗加性高斯白噪聲的性能假定系統處于理想同步情況,我們采用最簡單的加性白高斯噪聲信道模型,選用Da ubeehies族dbl一dbs 等小波作為正交小波基函數,采用QPsK數字調制,不加循環前綴,與傳統OFDM系統在相同條件下進行性能比較,仿真結果如圖2 所示。循環前綴是用來對抗多徑干擾的,但在理想同步的情況下,AWGN不會帶來ISI和ICI,加循環前綴只會帶來1 dB 的信噪比損失。因此為了公平比較,兩系統都沒有加人循環前綴。從仿真

30、圖中我們看到,兩系統對抗加性高斯白噪聲的性能是一樣的,主要因為DWI一OFDM是一種特殊的OFDM系統,和傳統OFDM系統一樣,也是選取一組正交基帶,對輸入的數據進行正交調制,獲得一個長周期的OFDM符號,而接收端對調制后的信號能夠完全重建。該仿真結果驗證了DWT一OFDM系統建立的正確性。2. DWT一OFDM系統對抗窄帶脈沖噪聲的性能根據相關文獻,窄帶脈沖噪聲的幅度的概率分布函數為：式中,A代表脈沖指標, 為高斯噪聲一脈沖噪聲功率比。為高斯噪聲功率。為脈沖噪聲功率, 為總的噪聲功率。幅度服從(5) 式分布的噪聲通常包括高斯分布的背景噪聲,噪聲功率為,脈沖噪聲源服從泊松分布m!。參數A定義為

31、接收機單位時間間隔內的脈沖噪聲數。A值越大,脈沖噪聲出現的頻度越高，A類噪聲越接近高斯噪聲。當A值接近10時，A類噪聲的統計特性幾乎是高斯分布了。所以，為了正確的模擬出窄帶脈沖噪聲，A一般取小于10的整數，在仿真中，我們選取A=2，選取Haar、db3、db5、db7Db9等小波作為正交小波基函數。 選用相同的信道環境，對DWT-OFDM系統和傳統OFDM系統分別進行仿真并比較，仿真結果如圖3所示。圖三表明：DWT-OFDM系統對抗窄帶脈沖噪聲的性能明顯好于DFT-OFDM系統，并且隨著Daubechies小波支撐長度的增加，系統對窄帶脈沖噪聲的性能會越來越好。小波濾波器具有很好的頻譜集中器，

32、副瓣衰減得很快，譜能量主要集中在主瓣，頻譜容量遠遠高于Fourier濾波器；同事，隨著Daubechies小波支撐長度的增加，小波濾波器的頻譜幾種性越來越好，所以DWT-OFDN系統在窄帶脈沖噪聲環境下更有優勢。3. DWT-OFDM系統對抗多徑干擾的性能 我們同樣假定系統處于理想同步的情況下，采用4徑Rayleigh, 選取Haar、db3、db5、db7、db 9等小波作為正交小波基函數,采用QPSK數字調制，插入塊狀導頻，采用頻域線性信道估計算法，對信道進行均衡。選用相同的條件，對DWT-OFDM系統和傳統OFDM系統分別進行仿真并比較，仿真結果如圖4所示。對抵抗多徑干擾方面，傳統PFD

33、M系統采用加循環前綴的方法來消除ISI和ICI，而對于DWT-OFDM系統，因為正交小波基數波形的非規則性，不能采用加循環前綴的方法。圖4表明：在多徑衰落信道下，采用相同頻域線性信道估計算法，DWT-OFDM系統對抗ISI和ICI的性能要比傳統OFDM系統差，但是我們不能就此得出結論說DWT-OFDM系統對抗多徑干擾的性能不如傳統的OFDM系統,因為這里我們把傳統OFDM系統的信道估計算法用于DWT一OFDM系統有失公平性,直接套用頻域信道估計是缺乏數學依據的。由于DWI一OFDM系統的數據是從小波域變換到時域,再從時域變換到小波域的,所以我們必須在小波域尋找合適的信道估計算法或者其它的信道均

34、衡方法。現在,我們只能說傳統OFDM的頻域信道估計算法并不適合于DWT一OFDM系統。DWI一OFDM基帶傳輸系統是基于小波理論和多載波調制思想的調制技術。本文結合多載波調制,從小波分析的理論人手,對基于離散小波變換的OFDM基帶傳輸系統進行了較為深人的研究,分析了DWI一OFDM基帶傳輸的結構、優點和性能。在對抗窄帶干擾方面,由于小波濾波器有很好的頻譜集中性、頻譜容量大、副瓣衰減得很快、各子信道之間頻譜的隔離度很高,所以DWT一OFDM系統對抗窄帶干擾的性能優于傳統OFDM系統。在對抗多徑干擾方面,傳統的OFDM采用加循環前綴的方法來消除ISI 和ICI,而DWT一OFDM因為小波函數波形的

35、不規則性,不能采用加循環前綴的方法。由于小波具有時一頻局部性、主瓣能量集中、副瓣衰減快等特點,可以不使用循環前綴,但是對于符號檢測就要付出額外代價。 現代通信迅猛發展，一方面在于用戶對于新業務的需求，另一方面，則是因為不斷涌現的新技術的推動。新技術應用于現代通信系統中，提供了開展未來業務的物質基礎。在無線領域，第三代無線通信系統普遍采用了CDMA技術。但僅依靠CDMA技術，仍無法滿足未來視頻業務和多媒體業務的要求。第四代無線通信系統傾向于采用多載波調制技術或多載波調制與CDMA相結合的技術來實現寬帶的、高速的無線業務。為了進一步提高OFDM的系統性能，將離散小波變換(DWT)應用到OFDM調制

36、系統中，使新的系統在性能上比傳統的系統有改進和提高，4G網絡必將代替尚不完善的3G網絡。所以接下來的敘述就更重要了，因為正交頻分復用也就是OFDM是四代通信系統中的關鍵技術，亟需開發研究的一部分。而且與之結合的技術更能發揮出它的優勢四、MIMO+OFDM：新一代移動通信核心技術新一代移動通信（ beyond3G/4G ）與第三代移動通信系統（ 3G ）相比將會提供更高的數據傳輸速率，更低的成本。達到高速率低成本的一個技術前提就是高頻譜效率的技術，從而可以在有限的頻譜上提供更高的傳輸速率和系統容量， MIMO和OFDM 就是這樣的技術。二者的結合已經成為新一代移動通信技術研究中的熱點。通過這兩種

37、技術的優勢互補，可以為系統提供高達2100Mbit/s 的傳輸速率，同時也能提高系統容量，降低成本。新一代移動通信（ beyond3G/4G ）將可以提供的數據傳輸速率高達100Mbit/s ，甚至更高，支持的業務從語音到多媒體業務，包括實時的流媒體業務。數據傳輸速率可以根據這些業務所需的速率不同動態調整。新一代移動通信的另一個特點是低成本。這樣在有限的頻譜資源上實現高速率和大容量，需要頻譜效率極高的技術。MIMO 技術充分開發空間資源，利用多個天線實現多發多收，在不需要增加頻譜資源和天線發送功率的情況下，可以成倍地提高信道容量。OFDM 技術是多載波傳輸的一種，其多載波之間相互正交，可以高效

38、地利用頻譜資源，另外，OFDM 將總帶寬分割為若干個窄帶子載波可以有效地抵抗頻率選擇性衰落。因此充分開發這兩種技術的潛力，將二者結合起來可以成為新一代移動通信核心技術的解決方案，下面詳細介紹這兩種技術及其二者的結合方案。1， MIMO技術MIMO（Multiple-input multiple-output）系統示意圖如圖1 所示，該技術最早是由 Marconi于 1908年提出的，它利用多天線來抑制信道衰落。根據收發兩端天線數量，相對于普通的 SISO（Single-Input Single-Output ）系統， 還可以包括 SIMO（Single-Input multiple-outpu

39、t）系統和 MISO（Multiple-input Single-Output）系統。MIMO信道是在收發兩端使用多個天線，每個收發天線對之間形成一個MIMO 子信道，假定發送端有 M個發送天線，有 N個接收天線，在收發天線之間形成N M 信道矩陣 H，在某一時刻t，信道矩陣為：其中H 的元素是任意一對收發天線之間的增益。對于信道矩陣參數確定的 MIMO信道，假定發送端不知道信道信息，總的發送功率為P，與發送天線的數量M 無關；接收端的噪聲用 N1矩陣n表示，它的元素是靜態獨立零均值高斯復數變量，各個接收天線的噪聲功率均為；發送功率平均分配到每一個發送天線上，則容量公式為：固定 N，令 M增大

40、，使得 ，這時可以得到容量的近似表達式： 從上式可以看出，此時的信道容量隨著天線數量的增大而線性增大。也就是說可以利用 MIMO信道成倍地提高無線信道容量，在不增加帶寬和天線發送功率的情況下，頻譜利用率可以成倍地提高。利用MIMO 技術可以提高信道的容量，同時也可以提高信道的可靠性，降低誤碼率。前者是利用MIMO信道提供的空間復用增益，后者是利用MIMO信道提供的空間分集增益。實現空間復用增益的算法主要有貝爾實驗室的BLAST 算法、ZF 算法、MMSE 算法、ML 算法。ML 算法具有很好的譯碼性能，但是復雜度比較大，對于實時性要求較高的無線通信不能滿足要求。 ZF算法簡單容易實現，但是對信

41、道的信噪比要求較高。性能和復雜度最優的就是BLAST 算法。該算法實際上是使用ZF 算法加上干擾刪除技術得出的。目前MIMO 技術領域另一個研究熱點就是空時編碼。常見的空時碼有空時塊碼、空時格碼。空時碼的主要思想是利用空間和時間上的編碼實現一定的空間分集和時間分集，從而降低信道誤碼率。2,下面再次介紹OFDM技術，是為了更進一步的了解并更好的與MIMO技術的結合，也同時讓我們更好的掌握OFDM技術原理及應用。OFDM（正交頻分復用）技術實際上是MCM（ Multi-Carrier Modulation，多載波調制）的一種。其主要思想是：將信道分成若干正交子信道，將高速數據信號轉換成并行的低速子

42、數據流，調制到在每個子信道上進行傳輸。正交信號可以通過在接收端采用相關技術來分開，這樣可以減少子信道之間的相互干擾（ICI ）。每個子信道上的信號帶寬小于信道的相關帶寬，因此每個子信道上的可以看成平坦性衰落，從而可以消除符號間干擾。而且由于每個子信道的帶寬僅僅是原信道帶寬的一小部分，信道均衡變得相對容易，圖 2是OFDM 系統的組成示意圖。結合圖 2簡要介紹 OFDM的工作原理，輸入數據信元的速率為 R，經過串并轉換后，分成M 個并行的子數據流，每個子數據流的速率為 R/M，在每個子數據流中的若干個比特分成一組，每組的數目取決于對應子載波上的調制方式，如PSK 、QAM等。M 個并行的子數據信

43、元編碼交織后進行IFFT變換，將頻域信號轉換到時域，IFFT 塊的輸出是N個時域的樣點，再將長為Lp 的 CP（循環前綴）加到N 個樣點前，形成循環擴展的OFDM 信元，因此，實際發送的 信元的長度為Lp+N ，經過并/串轉換后發射。接收端接收到的信號是時域信號，此信號經過串并轉換后移去CP ，如果CP 長度大于信道的記憶長度時，ISI 僅僅影響CP ，而不影響有用數據，去掉 CP也就去掉了 ISI的影響。OFDM技術之所以越來越受關注，是因為有很多獨特的優點：（1）頻譜利用率很高，頻譜效率比串行系統高近一倍。這一點在頻譜資源有限的無線環境中很重要。 OFDM信號的相鄰子載波相互重疊，從理論上

44、講其頻譜利用率可以接近Nyquist 極限。（2）抗多徑干擾與頻率選擇性衰落能力強，由于OFDM 系統把數據分散到許多個子載波上，大大降低了各子載波的符號速率，從而減弱多徑傳播的影響，若再通過采用加循環前綴作為保護間隔的方法，甚至可以完全消除符號間干擾。（3）采用動態子載波分配技術能使系統達到最大比特率。通過選取各子信道，每個符號的比特數以及分配給各子信道的功率使總比特率最大。即要求各子信道信息分配應遵循信息論中的“注水定理”，亦即優質信道多傳送，較差信道少傳送，劣質信道不傳送的原則（4）通過各子載波的聯合編碼，可具有很強的抗衰落能力。OFDM 技術本身已經利用了信道的頻率分集，如果衰落不是特

45、別嚴重，就沒有必要再加時域均衡器。但通過將各個信道聯合編碼，可以使系統性能得到提高。（5）基于離散傅立葉變換（DFT ）的OFDM有快速算法， OFDM采用IFFT 和FFT 來實現調制和解調，易用 DSP實現。3 MIMO和OFDM 的結合MIMO系統在一定程度上可以利用傳播中多徑分量，也就是說 MIMO可以抗多徑衰落，但是對于頻率選擇性深衰落，MIMO 系統依然是無能為力。目前解決MIMO 系統中的頻率選擇性衰落的方案一般是利用均衡技術，還有一種是利用OFDM 。大多數研究人員認為 OFDM技術是4G 的核心技術，4G需要極高頻譜利用率的技術，而 OFDM提高頻譜利用率的作用畢竟是有限的，在OFDM 的基礎上合理開發空間資源，也就是 MIMO-OFDM，可以提供