一種突發OFDM傳輸系統的設計

摘要：第四代移動通信系統要求有更高的數據傳輸速率、更好的傳輸質量且同時能很好地克服多徑衰落，消除高速數據傳輸時嚴重的符號間干擾并大大提高頻譜利用率，正交頻分復用OFDM技術作為一種強有力的數字調制方式，以其突出的優點成為4G移動通信系統的核心技術。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，根據工程經驗設計了一種適應該背景條件的突發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技術的研究已有近50年的歷史。最初無線OFDM傳輸系統是用在軍用無線高頻通信鏈路中，隨著數字信號處理(DSP)和超大規模集成電路(VLSI)技術的發展，OFDM技術獲得了長足的進步并廣泛應用于社會生活的各個方面。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)以及日本的綜合業務數字廣播(ISDB)等；
(2)非對稱數字用戶鏈路(ADSL)；
(3)無線局域網標準IEEE 802．11a、歐洲電信標準協會(ETSI)推出的局域網標準Hyperlan2等；
(4)無線城域網標準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OFDM系統。該特定的移動傳輸的背景需求如下：
(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，由于多徑時延太大，接收端均衡器將過于復雜。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勢。

1 總體參數設計
根據背景需求和工程經驗，按以下步驟進行總體參數設計：
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實現的復雜程度及系統的峰值平均功率比因素，在實際系統中，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，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調制會增加系統復雜程度，考慮用QPSK調制方式代替。此時M=2，由公式(1)可計算得到Nd等于625。為了便于系統時鐘控制，根據經驗取有效子載波數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OFDM符號占用帶寬為8．33 MHz，遠小于要求的20 MHz。