1、 河北北方学院毕业论文题 目： 多载波超宽带信号产生技术的研究 英文标题： Research On The Generation of The Multi-carrier Ultra-wideband Signal 作 者： 卢佼 指导教师： 马志强 孔昭煜 院 系： 宣化教学部 专 业： 信息工程 年 级： 2005 级 学 号： 2005540096 河北北方学院教务处制目录摘要 .1Abstract.2第 1 章 超宽带 .31.1 超宽带 的定义 31.2 超宽带信号特点 41.3 超宽带技术的发展 41.4 超宽带技术的分类 51.4.1 单频带超宽带系统 51.4.2 多频带 OF
2、DM 超宽带系统 .5第 2 章 正交频分复用技术（OFDM） .62.1 OFDM 信号的调制和解调 .62.2 OFDM 信号的频谱利用率 .9第 3 章 MB-OFDM 的超宽带系统及仿真 113.1 多频带系统工作原理 113.1.1 频带的选择 .113.1.2 时频交织 OFDM (TFIOFDM)技术 133.1.3 发送的 OFDM 信号 133.1.4 OFDM 多频带系统的基本参数 143.2 MB-OFDM 的超宽带系统信号的 MATLAB 仿真 15第 4 章 DC-OFDM 超宽带系统 .174.1 DC-OFDM 系统方案概述 174.2 频带的划分 174.3 D
3、C-OFDM 方案的基本参数 18第 5 章 MB-OFDM 和 DC-OFDM 的比较 .205.1 发射机的原理图 的比较 .205.2 频带划分的差异 205.3 系统的信号频谱的比较 21第 6 章 结束语 .23致 谢 .24参考文献 .251摘要随着无线通信技术的高速发展，人们对无线通信系统的要求日益提高，超宽带（Ultra-Wideband，UWB）技术凭借其高速率的数据传输、极低的功耗等性能，逐渐成为无线通信领域研究的一个热点。目前超宽带（UWB）无线通信系统可以分为单频带和多频带两种体制，而基于OFDM（正交频分复用）技术的多频带体制逐渐成为主流技术，这是因为 OFDM 具有
4、传输速率快、分辨率高、频谱资源灵活以及抗频率选择性衰落等优势。论文介绍了超宽带的定义及其特点，重点描述了多频带技术的工作原理，并分析了频带的选择方法和时频交织技术。为了保持方案的完备性，最后提及了国内外两种基于 OFDM 技术的发送信号形式（MB-OFDM 和 DC-OFDM） ，并对两种发射技术进行了比较。关键词：超宽带 多频带 OFDM MB-OFDM DC-OFDM2AbstractWith rapid development of wireless communication technology, people require more for wireless communicat
5、ion systems, and Ultra-Wideband (UWB) technology with high data rate and low power consumption becomes a hotspot in the field of wireless communication research.At present, Ultra-Wideband (UWB) wireless communication systems can be divided into single-band and multi-band two systems. The OFDM techno
6、logy has a faster transfer rate, high resolution, flexible spectrum resources, as well as anti-frequency selective fading and other advantages. So the multi-band OFDM system has gradually become the mainstream technology. This paper introduces the definition of Ultra-Wideband and its characteristics
7、, describes the basic principle of the multi-band technology, analysis of the frequency band selection methods and time-frequency-cutting technology. In order to maintain the completeness of the program, both at home and abroad two technologies based on the OFDM signal form (MB-OFDM and DC-OFDM) are
8、 mentioned, and the launch of two techniques are compared.Key words: UWB Multi Band OFDM MB-OFDM DC-OFDM3第 1 章 超宽带随着计算机、通信与家电的融合在人们生活中的越来越普遍，设备之间迫切需要高速、互操作性强的无线通信，短距离无线通信系统成为今后较长时间内通信领域研究的热点，而超宽带技术 1就是一种能实现无线局域网(WLAN)和个人局域网(WPAN)无线接口互联接入的技术。它的特点是低功耗、高带宽、高传输速率、低复杂性，具有对信道衰落不敏感、发射信号功率谱密度低、安全性高等优点，尤其适用于
9、室内等密集多径场所的高速无线接入和军事高速通信等。上世纪五六十年代提出的超宽带技术，经过了几十年的发展，其商用价值已初见端倪。2002年2月美国联邦通信委员会(FCC)宣布了将超宽带（UWB ）技术作为民用无线通信技术的法规，现在IEEE802.15.3a 的标准化工作也正在讨论中，相信不久，UWB技术将给我们的生活带来不小的变化。1.1 超宽带的定义2002年2月14日，美国联邦通信委员会（FCC）修订了第15标准(Part 15 rules)2，它是管理包括UWB设备在内的使用非授权频段的无线设备的标准。在FCC的指导下，其对UWB的使用提出了在短距离(不足10米的范围)、低发射功率(平均
10、等方向性辐射能为-41.3dBm/MHz)，有极高的容量(几个Gbps)的要求。 FCC对UWB信号的定义是UWB带宽大于500MHz(UWB 带宽指 -10dB带宽)，或分数带宽（即带宽与中心频率的比）大于0.20。传统的通信系统一般分数带宽都小于0.01 ,WCDMA系统的分数带宽约为0.02，而在UWB 系统中其分数带宽等于0.2或0.25。FCC 还规定了 UWB系统在非授权频段3.110.6GHz 内，以极低的功率工作。较低的带内带外发射功率限制确保了UWB设备不会对现存授权频段的设备及其他重要无线设备产生干扰。从载波方面看，传统的通信技术是把信号从基带调制到载波上，而UWB技术是通
11、过对具有很陡上升和下降时间的冲击脉冲对数据进行直接调制，从而具有GHz量级的带宽。超宽带技术解决了困扰传统无线技术多年的有关传播方面的重大难题，它开发了一个具有千兆赫兹容量和最高空间容量的新无线信道。香农理论认为，信道的容量随带宽线性增加，随信噪比（SNR）的降低呈对数减小。这种关系说明，无线通信系统的容量可随所4占带宽的增加、SNR的降低而增加。这样，对于WPAN来说，在发射距离较近的情况下，信号的传播损耗较小，可以通过增加信号带宽来提高系统的容量。1.2 超宽带信号特点超宽带信号具有如下特点：一、隐蔽性好。无线电波空间传播的公开性是无线电通信较之有线通信的固有不足。超宽带无线电的射频带宽可
12、达几个GHz以上，且所需的发射功率一般在 10uW，其功率谱密度很低，信号被隐蔽在环境噪声和其它信号中，难以被敌方检测。例如，TM-UWB（时间调制超宽带）系统在多个成对配置的接收机和发射机之间，采用一种独特的时序编码在整个超宽带内每秒发射数百万个低于噪声级的编码脉冲。这些传输采用极低的发射功率，以提供难以被探测和截听的安全传输，而且由于极短的波形持续时间，更易于实现多用户通信中的分组突发传输。二、 处理增益高。超宽带无线电处理增益主要取决于脉冲的占空比和发送每一个比特所用脉冲数，可以做到比目前实际扩谱系统高得多的处理增益。三、多径分辨能力强。超宽带无线电发射的是持续时间极短的单周期脉冲且占空
13、比极低，多径信号在时间上是可分离的。假如多径脉冲要在时间上发生交叠，其多径传输路径长度应小于脉冲宽度与传播速度的乘积。由于脉冲多径信号在时间上不重叠，很容易分离出多径分量以充分利用发射信号的能量。大量实验表明，对常规无线电信号多径衰落深达 1030dB 的多径环境，对超宽带无线电信号的衰落最多不到 5dB。1.3 超宽带技术的发展从技术角度讲，超宽带无线通信技术的研究方向主要有硬件研发和算法研究，其中硬件主要集中在电路及芯片的设计制造方面，包括纳秒级脉冲信号的产生、无线接口技术的研究以及芯片工艺的设计等方面。算法研究主要集中在物理层基带信号处理方法以及网络协议的研究上，物理层研究包括调制编码方
14、式、信道研究、同步算法等；网络协议的研究在无线通信领域一直是研究的重要方面，超宽带技术也不例外，通过协议的研究能达到最大限度地提高传输速率、降低传输延迟的目的。从应用的角度讲，根据超宽带的技术特点，它尤其适用于室内等密集多径场所的高速无线接入和军事应用中。如：高速移动LAN（局域网）、成像和监视系统、军事通信、5地面穿透雷达、汽车传感器和医用检测器。同时，其高速的传输速率，在家庭娱乐及手机等无线网络设备中将有更广的发展空间。1.4 超宽带技术的分类目前超宽带（UWB）无线通信系统可以分为单频带和多频带两种体制 3，具体说明如下：1.4.1 单频带超宽带系统传统的超宽带通信系统，即所谓的单频带系
15、统的设计方法是直接采用脉冲无线电，它是一种基带无载波短脉冲，不同于使用正弦载波的传统通信系统。它将信息放入极窄的时域脉冲，从而产生足够宽的频谱（通常2000MHz）。单频带将整个7.5GHz 作为一个频带使用。1.4.2 多频带 OFDM 超宽带系统新近的UWB 通信系统设计方法则是以“多频带正交频分复用”（multi-band OFDM）技术为基础，将7.5GHz 频谱分成数个相互正交的窄的子频带，同时让每个子频带宽度都略大于500MHz ，以符合UWB信号要求，再在每个子信道上采用传统的调制技术进行信息传输，也就是它会透过时间交错方式（time-interleaved），在各个子频带内利用
16、很窄的时域OFDM符号传送信息，使得无论何时，传送信号都只局限在一个子频带中。自从2002年2月14日FCC批准超宽带产品的民用后，超宽带技术已成为学术界研究的热点。目前在超宽带（UWB）无线通信系统单频带和多频带两种体制中，多频带体制逐渐成为主流技术。以Intel 和TI 为主的至少有20个公司支持基于 OFDM技术的多频带体制，并形成了多频带OFDM 联盟。以下将重点介绍OFDM技术。6第 2 章 正交频分复用技 术（OFDM）随着通信需求的不断增长，宽带化已成为当今通信技术领域的主要发展方向之一，而无线网络的迅速增长使人们对无线通信提出了更高的要求。OFDM（orthogonal fre
17、quency division multiplexing）技术 4是近年来得到迅速发展的通信技术之一，由于其可以有效克服多径传播中的衰落，消除符号间干扰，提高频谱利用率，已在宽带通信中获得了广泛的应用。OFDM的概念于 20世纪60年代提出，由多载波调制MCM（multi-carrier modulation）发展而来。美国军方早在20世纪60年代就创建了世界上第一个MCM系统，在1970年衍生出采用大规模子载波和频率重叠技术的OFDM系统。1970年OFDM专利发表，其基本思想是通过采用允许子信道频谱重叠，但相互间又不影响的频分复用方法来并行传送数据。1971年Weinstein和Ebrt提
18、出了使用离散傅立叶变换实现OFDM系统中的全部调制和解调功能的建议，为实现OFDM的全数字化方案做了理论上的准备。20世纪80年代，大规模集成电路使FFT技术得以实现， OFDM进入高速调制解调和数字移动通信领域。20世纪90年代，OFDM开始广泛应用。2.1 OFDM 信号的调制和解调多载波传输把数据流分解成若干子数据流，这样每个子数据流具有较低的信息传输速率；用多个子数据流去调制相应的子载波，让其同时传输，就构成了多载波调制（Multi-Carrier Modulation，MCM ）系统。OFDM 是一种特殊的多载波传输方案，它可以被看作一种调制技术，也可以被当作一种复用技术。图 2-1
19、 给出了 OFDM 的载波调制和解调框图 5：7串 / 并+0s0jte1jt1.1Njte信道()xt1s 积分积分积分0jte1jt1Njte.并 / 串0s11Ns图 2-1 OFDM 的载波调制和解调框图如果 表示子信道的个数， 表示 OFDM 符号的持续时间（周期） ，NT是分配给每个子信道的数据符号，可以是相移键控（Phase Shift (0,12)isKeying，PSK ）或正交幅度调制（Quadrature Amplitude Modulation，QAM）等符号，是第 个子载波的载波频率，矩形函数 ，则从 开始的 OFDMifTi rect()1,2tTst符号的等效基带
20、信号可以表示为： （2.1）10rect()exp2()() 0Nis sssi ssiTsjtttTxt T 或的实部和虚部分别对应于 OFDM 符号的同相（In-phase）和正交（Quadrature-phase）()t分量。每个子载波在一个 OFDM 符号周期内都包含整数个周期，而且各个相邻子载波之间相差一个周期。这个特性可以用来解释子载波之间的正交性：011exp()exp()0Tnmnjtjtd（2.2）利用正交性可以很方便地对第 个子载波进行解调。我们在时间长度 内进行积分：k T1010 exp2()exp2()()ss NtTk si siNtTi ski isjt jtdt
21、ikjtdtsT 8（2.3） 根据式（2.3）可以得到，对第 个子载波进行解调可以恢复出期望信号，而对其它载波k来讲，由于在积分间隔内，频率差别 可以产生整数倍个周期，所以积分结果为()ikT零。正交性还可以从频域角度来理解。根据式（2.1） ，每个OFDM符号在其周期 内包含T多个非零子载波，因此其频谱可以看成是周期为 的矩形脉冲的频谱与一组位于各个子载T波频率上的 函数的卷积。矩形脉冲的频谱幅值为 函数，这种函数的零点出 sin()cf现在频率为 的整数倍位置上，如图2-2所示。在每一个子载波频率最大值处，所有其1T他子信道的频谱值恰好为零，因此可以从多个相互重叠的子信道符号频谱中提出每
22、个子信道符号，而不受到其他子信道的干扰。 傅里叶变换将时域和频域联系在一起。OFDM技术的一个关键性优点就是它可以通过DFT来实现。我们令式（2.1）中的起始时间 ，忽略矩形函数 ，对信号0strect()以 的速率抽样，即令 ，可以得到：()xt/TN/(,1)tkTN102(/)exp 01Nk ii ikxsjkN （2.4）可以看到 等效为对 进行反向离散傅里叶变换（Inverse Discrete Fourier kxis图 2-2 OFDM 系统中子信道符号的频谱-8000 -6000 -4000 -2000 0 2000 4000 6000 8000-0.4-0.200.20.4
23、0.60.81、9Transform，IDFT ）运算。同样，接收端为了恢复出原始的数据符号 ，可以对 进行逆iskx变换，即通过DFT运算得到：102exp() 01NikiksjiNN （2.5）从上述的分析可以看出，OFDM系统的调制解调过程可以分别由IDFT/DFT来代替。通过点的IDFT，把频域的数据符号 变换到时域的数据符号 ，经过射频，发送到无线信Niskx道。其中每个IDFT输出的数据符号 都是对经过调制的子载波的叠加信号进行抽样得到kx的。接收端再通过 点DFT把数据变换回频域。在实际系统中，通常采用更加方便快捷N的FFT/IFFT来代替 DFT/IDFT。2.2 OFDM
24、信号的频谱利用率OFDM 是一种特殊的多载波传送方案，单个用户的高速的信息流通过串/并变换成为多个低速率码流进行传输，每个码流都用一个载波发送。OFDM 放弃传统的用带通滤波器来分隔子载波频谱的方式，选用那些即便频谱混叠也能够保持正交的波形，如图 2-3 所示。在单载波系统中，单个衰落或者干扰可能导致整条链路不可用，但在多载波系统中，只会有一小部分载波受影响。纠错码的应用可以帮助其恢复一些易错载波上的信息。传统的并行通信系统把整个系统频带划分为 N 个互不混叠的子信道，每个子信道被一个独立的信源符号调制，即 N 个子信道被频分复用。这种做法，虽然可以避免不同信道互相干扰但却以牺牲频带利用率为代
25、价。OFDM 不存在这个缺点，它允许各载波间频率互相混叠，采用了基于载波频率正交的快速傅里叶变换（Fast Fourier Transform, FFT）调制，由于各个载波的中心频点处没有其他载波的频谱分量，所以能够实现各个载波的正交。尽管还是频分复用，但已经与过去的 FDM 技术有了很大的不同：不再是通过很多带通滤波器来实现，而是直接在基带处理，这也是 OFDM 有别于其他系统的优点之一。OFDM 的接收机实际上是一组解调器，它将不同载波搬移至零频，然后在一个码元周期内积分，其它载波由于与所积分的信号正交，因此不会对这个积分结果产生影响。OFDM的高数据速率与子载波的数量有关，增加子载波数目
26、就能提高数据的传送速率。频率传统频分复用多载波调制技术频率正交频分复用多载波调制技术节省的带宽资源图 2-3 FDM 和 OFDM 频谱利用比较10为 OFDM/FDM 时域符号的周期。 OFDM 系统子载波的间隔为 ，它所占用的主T 1T瓣带宽 ；由奈奎斯特准则得 FDM 的信号主瓣带宽至少为 (1)OFDMWNT。二者传输的速率都为 。由此得到 FDM 系统所占用的带宽为 ，2RNT 2R而 OFDM 系统所占用的带宽 。在子载波数目较大的时候，(1)OFDMW，OFDM 系统的频谱利用效率是 FDM 系统的 2 倍。(1)limliOFDMNN第 3 章 MB-OFDM 的超宽带系统及仿
27、真MB-OFDM-UWB 系统 7是一个采用 OFDM 和 FH 机制相结合的多载波 UWB 系统。FH 是一种扩展信号频谱的方式，它是指用一定码序列进行选择的多频率频移键控。也就是说，根据不同的扩频码序列去进行频移键控调制，使载波频率不断地跳变，在不同的频带上发送不同的符号。通过对跳频率、符号率和子载波数等参数的调整，获得不同的系统性能。113.1 多频带系统工作原理以Intel 和TI为主，至少有 20个公司支持基于OFDM技术的多频带体制，并形成了多频带OFDM联盟，下面描述的多频带系统工作原理基于Intel和TI等提出的IEEE 802.15.3a （TG3a ）多频带标准 6。3.1
28、.1 频带的选择多频带系统将3.1GHz 到10.6GHz 的7.5GHz 无线频段划分为13个子频带，每个子频带分配528MHz 带宽，大于FCC 定义的500MHz 带宽，表3-1列出了各频带的频带下界、频带上界和中心频率。中心频率与频带编号之间的关系为（3.1） 29045281.43168525.13()bbbbnncb nnfn其中， 为频带编号， 为每个子带的中心频率。b()cbf表3-1 频带分配方案详细参数频带编号 中心频率（GHz） 频带下界（GHz） 频带上界（GHz）1 3.432 3.168 3.6962 3.960 3.696 4.2243 4.488 4.224 4
29、.7524 5.016 4.752 5.2805 5.808 5.544 6.0726 6.336 6.072 6.6007 6.864 6.600 7.1288 7.392 7.128 7.6569 7.920 7.656 8.18410 8.448 8.184 8.7121211 8.976 8.712 9.24012 9.504 9.240 9.76813 10.032 9.768 10.296每个子带占据528MHz带宽，在每个子带内使用OFDM/QPSK技术调制信息，每个OFDM符号采用 128点FFT/IFFT，为抗多径每个OFDM 符号包含60.6ns的循环前缀，同时9.5ns的
30、保护时间用来实现不同频带的可靠转换。多频带OFDM提案把所有的频带分为4个不同的组，如图3-1所示。B a n d# 1B a n d# 2B a n d# 3B a n d# 4B a n d# 5B a n d# 6B a n d# 8B a n d# 7B a n d# 9B a n d# 1 0B a n d# 1 1B a n d# 1 2B a n d# 1 3B a n d G r o u p A B a n d G r o u p B B a n d G r o u p C B a n d G r o u p D B a n d G r o u p # 53 4 3 2M H
31、z3 9 6 0M H z4 4 8 8M H z5 0 1 6M H z5 8 0 8M H z6 3 3 6M H z6 8 6 4M H z7 3 9 2M H z7 9 2 0M H z8 4 4 8M H z8 9 7 6M H z9 5 0 4M H z1 0 0 3 2M H zf图3-1 多频带OFDM的频带划分不同的频带组，包含的子带数量也不同，如表3-2所示。其中为了避开窄带干扰，B组的频带暂时不用，D组保留为将来用，A组为基本操作频带，而C组为可选操作频带。表3-2 各组包含的子带号及占用的频带组号 包含的子带序号 占用的频带A 1，2，3 3.1-4.9GHzB 4，5
32、 4.9-6.0GHzC 6，7，8，9 6.0-8.1GHzD 10，11，12，13 8.1-10.6GHz3.1.2 时频交织 OFDM (TFIOFDM)技术多频带OFDM 方案中采用了TFI-OFDM （time-frequency interleaving OFDM）技术,首先将输入数据在所有的子频带之间进行交织,之后每个子频带采用OFDM调制进行数据的发送。每个OFDM 码元之后都插入了保护间隔，TFI-OFDM用长度为128的连续子载波子集来传送一个OFDM 码元。图3-2给出了 TFI-OFDM发射机的实现框图。OFDM系统结构与传统的OFDM结构相同，包括扰码、卷积编码、交
33、织、QPSK调制映射、FFT/IFFT和ADC等。13与FCC定义相一致，UWB信号的带宽至少为500MHz，这就意味着至少要用到122个子载波。因此在128个单音中，100个单音用来传输信息，12个导频音用来实现载波和相位跟踪，10个单音可以由用户自己定义导频音，剩余6个单音保留。数据加扰卷积码编码交织I F F T插入导频加入 C P , G ID A Ce x p ( j 2 f t )交织控制器图3-2 TFI-OFDM 发射机的实现框图3.1.3 发送的 OFDM 信号基于OFDM技术多频带系统的发送信号 8为1()Re()exp(2)NRFkSYMkrtrtTjft （3.2）其中
34、，Re（）表示取信号的实部， 是第k个OFDM信号的复基带信号，它的非零()krt区间在0到T SYM之间，N是OFDM信号的数量。T SYM是符合间隔， 是第k个波段的中心f频率。式（3.2）中的 为()krt /2/2exp(2)()0,0 ,()NSTnfCPFTCPnS FTCPFTCPGICjntTtk t Trt （3.3） 其中，f是子载波频率间隔，N ST是子载波的数量，T FFT = 1/f 是基波的持续时间，T CP是循环前缀时间用来抗多径，T GI是保护时间。143.1.4 OFDM 多频带系统的基本参数表3-3是 OFDM多频带系统的基本参数，其中标有“*”的是要求具备
35、的速率，其中标有“*”的是可选的速率。系统要求支持的速率有：55、80、110、160、200、320和480Mb/s。 其中， 55、110 和200Mb/s 是必须实现的而其它速率是可选的。表3-3 OFDM多频带系统的基本参数信息速率 55Mbps*80Mbps*110Mbps*160Mbps*200Mbps*320Mbps*480Mbps*调制方式 OFDM/QPSKFFT点数 128 128 128 128 128 128 128编码速率 11/32 1/2 11/32 1/2 5/8 1/2 3/4扩展速率 4 4 2 2 2 1 1信息单音数 25 25 50 50 50 100
36、 100数据单音 100信息时长 242.4ns循环前缀 60.6ns保护间隔 9.5ns符号长度 312.5ns信道比特速率 640Mbps抗多径能力 60.6ns3.2 MB-OFDM 的超宽带系统信号的 MATLAB 仿真本小节将依照上述多频带超宽带系统的标准，在 MATLAB 仿真平台下进行仿真。整个仿真的流程参考图 3-2（TFI-OFDM 发射机的实现框图） 。由于只做软件上的仿真，因此论文只在基带做了相关的处理，没有实现 D/A 变换，也没有实现中心频率的载波调制。这是以下仿真的前提。由第 2 章对 OFDM 技术原理的分析可知，OFDM 的基带信号的调制可以简化为对调制信号做
37、FFT。以下的仿真基于这一基本的结论展开。首先，随机产生待调制信号 C（0、1 等概率的比特流） ；然后经过 QPSK 映射成复数15信号 B；最后，经过 OFDM 调制就产生基带 OFDM 信号 A。-500 -400 -300 -200 -100 0 100 200 300 400 50000.511.522.533.544.5x 10-7、 (MHz)、OFDM、 (、 QPSK、 )图 3-3 数据经过 QPSK 映射后的 OFDM 子信道的频谱图图 3-3 是将随机产生的 0、1 比特流经过 QPSK 映射成复数数据再调制在 OFDM 的数据子载波上的，因此，各个子载波的波形看上去不
38、是很明显。图 3-4 是将 0、1 比特流直接映射到数据子载波上面。16-500 -400 -300 -200 -100 0 100 200 300 400 500-1-0.500.511.522.5x 10-7、 (MHz)、OFDM、 (、 0、 1、 )图 3-4 数据未经过处理的 OFDM 子信道的频谱图图 3-4 中，在-300MHz 300MHz 之间的 13 个峰值就是在相应的子载波上发送数据1，其余子载波则发送数据 0。17第 4 章 DC-OFDM 超宽带系统在国际上的UWB方案MB-OFDM 提出的基础上，国内东南大学自主设计、提出了双载波正交频分复用UWB系统方案。DC-
39、OFDM UWB方案 9采用独创的双载波结构，降低了对射频和基带关键电路硬件实现的要求，获得了频域分集效果，提高了频谱使用灵活性。硬件实验系统的无线传输速率达到110Mbps，传输距离为10m，信号发射功率小于0.1mW。并且经过计算机仿真实验和硬件实验证明，其性能与MB-OFDM方案改进版本相当。4.1 DC-OFDM 系统方案概述图 4-1 为双载波 OFDM 方案发射机原理图。这一方案在基带部分采用了 OFDM 技术，以有效地收集室内密集多径信道条件下的信号能量。图中，数据进行信道编码、交织、QPSK 映射后，进行反向快速 Fourier 变换（IFFT） ，生成 OFDM 符号。多个
40、OFDM 符号加上前导符后，形成一个数据包。实验模型采用基于包（Packet-Based）的突发结构，以更有利于进行高速无线多媒体通信。生成的数字信号经过数模变换（DAC）后，成为基带模拟信号。这一信号分别调制两个不同的载波，相加合并后由同一天线输出。数据卷积码编码器Q P S K映射I F F TO F D M符号生成D A变换交织包生成M A C 层包头前导符物理层包头调制载波 f 1调制载波 f 2图 4-1 DC-OFDM 方案发射机原理图4.2 频带的划分频带的划分方案如表4-1 所示 10。每一个子频带的宽度为264 MHz，共有24个子频带。这24个子频带分为12对，交错排列，如
41、表中所示，频带编号的第一位数字为频带对的编号，第二位数字为频带对中频带的编号。1831003564 MHz和4884 5412 MHz频段没有利用，是为了避开我国 MMDS系统和国际上802. 11a系统的工作频段，降低与这些系统的相互干扰。本系统方案使用第一对子频带，即频带1-1 和1-2,实现UWB 无线传输技术实验模型（即图4-1中fl和f2分别为3696 MHz和4224 MHz，两个子频带的总带宽为528 MHz） 。以后通过直接扩展，可以使用多对子频带，支持多个Piconet（微微网）同时工作。表4-1 频带划分频带编号 低端频率（MHz） 中心频率（MHz） 高端频率（MHz）1
42、-1 3564 3696 38282-1 3828 3960 40921-2 4092 4224 43562-2 4356 4488 46203-1 4620 4752 48844-1 5412 5544 56763-2 5676 5808 59404-2 5940 6072 62045-1 6204 6336 64686-1 6468 6600 67325-2 6732 6864 69966-2 6996 7128 72607-1 7260 7392 75248-1 7524 7656 77887-2 7788 7920 80528-2 8052 8184 83169-1 8316 8448
43、 858010-1 8580 8712 88449-2 8844 8976 910810-2 9108 9240 937211-1 9372 9504 963612-1 9363 9768 990011-2 9900 10032 1016412-2 10164 10296 104284.3 DC-OFDM 方案的基本参数系统的基本参数如表 4-2 所示。系统中的 OFDM 调制采用 128 个子载波，子载波间隔为 2.0615 MHz，因此单路信号的总带宽为 264 MHz，FFT 周期为 484.84 ns。每个符号中还包含 90.91 ns（24 个样值）的循环前缀（CP）和 30.30
44、ns（8 个样值）的保护间隔19（GI ） 。 CP 用来消除子载波间干扰（ICI） ，GI 时间内发送信号为 0，用来消除符号间干扰（ISI） ，减少系统的实现损耗。符号长度为 CP、FFT 周期和 GI 长度的总和 606.06 ns，即每个子载波信道上符号速率为 1.65 M 符号/秒。在 128 个子载波信道中，100 个用来传输数据，12 个用来传输导频，其它的为用户自定义信道和频谱控制信道。在传输数据和导频的子载波信道中，采用 QPSK 调制，调制因子为 2（即每个 QPSK 符号包含 2 比特信息） 。这样，每个子频带上的传输的编码后速率为 1.651002330 Mbps。因为
45、采用频域分集的方式，两个子频带上传输的信息相同，所以总的编码后速率也为 330 Mbps。表 4-2 DC-OFDM 方案基本参数参数 数值子载波间隔 F 2.0625 MHzIFFT/FFT 周期 TFFT = 1/F 484.84 ns子载波数 NS 128一个子带的带宽 B = NS*F 264 MHz循环前缀长度 TCP 90.91 ns (= 24/264 MHz)保护间隔长度 TGI 30.30 ns (= 8/264 MHz)符号长度 TSYM = TFFT + TCP + TGI 606.06 ns每个子载波的传输速率 R0 = 1/ TSYM 1.65 M OFDM Symb
46、ols/s传输数据的子载波数 NSD 100传输导频的子载波数 NSP 12调制方式（调制因子 MI） QPSK（2）子频带数 NB 2实验模型中采用编码速率为 1/3 的卷积码作为信道编码。当信息速率为 110 Mbps 时，编码后速率为 330 Mbps，经串并变换后，分配到 100 个子载波信道上传输，每个子载波信道采用 QPSK 调制，比特速率为 3.3 Mbps。当信息速率为 55 Mbps 时，编码后速率为165 Mbps，则在串并变换时进行扩频，扩频因子为 2。20第 5 章 MB-OFDM 和 DC-OFDM 的比较由于 DC-OFDM 方案在基带部分仍采用了 OFDM 技术，
47、只是在射频部分设计了新颖的双载波结构，降低了对射频和基带关键电路硬件实现的要求，所以在软件平台下的仿真和 MB-OFDM 方案几乎是没有区别的，这点也可以通过比较文中两套方案的发射机原理图得出。下文对此结论进行了说明，并对两套方案的差异做了定性分析。5.1 发射机的原理图的比较MB-OFDM 系统的待发送数据经过基带的处理之后，直接进行数模转换和射频载波的调制，然后就可以通过天线进行发射。如下图所示：数据加扰卷积码编码交织I F F T插入导频加入 C P , G ID A Ce x p ( j 2 f t )交织控制器图 5-1 MB-OFDM 方案发射机原理图通过上图和 DC-OFDM 发
48、射机原理图（图 4-1）相比较可以看出，DC-OFDM 系统在基带处理部分和 MB-OFDM 系统基本上没有什么本质的区别，区别在于数模转换之后的载波调制方式：DC-OFDM 采用两路载波同时调制的方式，而 MB-OFDM 采用一路载波调制。5.2 频带划分的差异由于 MB-OFDM 系统和 DC-OFDM 系统的射频发射端的区别，两者的频带的划分也就有所不同，MB-OFDM 系统将 3.1GHz 到 10.6GHz 的 7.5GHz 无线频段划分为 13 个子频带，每个子频带分配 528MHz 带宽，每一个子频带都采用 OFDM 技术，即将 528MHz的频带分成 128 个 OFDM 的子载波。因此，21子载波之间的间隔为 528MHz/1284.125MHz。因为 DC-OFDM 系统的发送信号都是成对发送的，因此，DC-OFDM 系统的频带也是成对的。DC-OFDM 系统将 31003564 MHz 和 48845412 MHz 频段划分为 24 个子频带，每一个子频带的宽度为 264MHz，这 24 个子频带分为 12 对，交错排列（参看表 4.1） ，每一个子频带也采用 OFDM
