一種突發(fā)OFDM傳輸系統的設計

摘要：第四代移動(dòng)通信系統要求有更高的數據傳輸速率、更好的傳輸質(zhì)量且同時(shí)能很好地克服多徑衰落，消除高速數據傳輸時(shí)嚴重的符號間干擾并大大提高頻譜利用率，正交頻分復用OFDM技術(shù)作為一種強有力的數字調制方式，以其突出的優(yōu)點(diǎn)成為4G移動(dòng)通信系統的核心技術(shù)。在多徑時(shí)延、信息速率以及帶寬等特定背景條件確定的情況下，根據工程經(jīng)驗設計了一種適應該背景條件的突發(fā)OFDM傳輸系統，并且確定予載波數量、符號速率、OFDM幀結構等總體參數。最后給出了該OFDM傳輸系統設計結構示意圖。
關(guān)鍵詞：OFDM；卷積編碼；多普勒頻移；定時(shí)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(wú)線(xiàn)OFDM傳輸系統是用在軍用無(wú)線(xiàn)高頻通信鏈路中，隨著(zhù)數字信號處理(DSP)和超大規模集成電路(VLSI)技術(shù)的發(fā)展，OFDM技術(shù)獲得了長(cháng)足的進(jìn)步并廣泛應用于社會(huì )生活的各個(gè)方面。其應用主要有：
(1)廣泛應用于音頻和視頻傳輸中，如歐洲數字音頻廣播(DAB)、數字視頻廣播(DVB)以及日本的綜合業(yè)務(wù)數字廣播(ISDB)等；
(2)非對稱(chēng)數字用戶(hù)鏈路(ADSL)；
(3)無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)標準IEEE 802．11a、歐洲電信標準協(xié)會(huì )(ETSI)推出的局域網(wǎng)標準Hyperlan2等；
(4)無(wú)線(xiàn)城域網(wǎng)標準IEEE 802．16a；
(5)已具雛形的4G蜂窩系統(大唐TD-LTE)。
本文根據特定的背景需求，設計了一種突發(fā)OFDM系統。該特定的移動(dòng)傳輸的背景需求如下：
(1)多徑最大時(shí)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(dòng)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(shí)延擴展反映了信道的惡劣程度。從以上參數可以看出，該背景需求的信道是相當惡劣的。若采用單載波傳輸，由于多徑時(shí)延太大，接收端均衡器將過(guò)于復雜。在這種情況下，根據前面分析，采用OFDM的調制方式具有很大的優(yōu)勢。

1 總體參數設計
根據背景需求和工程經(jīng)驗，按以下步驟進(jìn)行總體參數設計：
1．1 確定保護間隔
OFDM符號保護間隔的時(shí)間一般要大于最大時(shí)延擴展。因為最大時(shí)延擴展為20μs，取保護間隔即循環(huán)前綴時(shí)間長(cháng)度為：Tg=25μs。
1．2 選擇符號周期、有效符號長(cháng)度、子載波間隔
考慮到保護間隔的引入帶來(lái)的信息傳輸效率的損失和系統實(shí)現的復雜程度及系統的峰值平均功率比因素，在實(shí)際系統中，選擇符號長(cháng)度Ts至少是保護間隔的5倍，即：Ts≥125μs。
有效信息符號長(cháng)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(cháng)度Tu的倒數，即：，其中129為插入導頻數Np)，其余OFDM符號分配虛載波，數值為0。因此一個(gè)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調制會(huì )增加系統復雜程度，考慮用QPSK調制方式代替。此時(shí)M=2，由公式(1)可計算得到Nd等于625。為了便于系統時(shí)鐘控制，根據經(jīng)驗取有效子載波數Nd為833(，其中65為插入導頻數Np)，OFDM符號中其余非有效子載波處載波值為0。因此一個(gè)OFDM符號占用帶寬為8．33 MHz，遠小于要求的20 MHz。