1、电 子 科 技 大 学UNIVERSITY OF ELECTRONIC SCIENCE AND TECHNOLOGY OF CHINA学 士 学 位 论 文BACHELOR DISSERTATION论文题目 学生姓名 学 号 学 院 专 业 指导教师 指导单位 年 月 日电 子 科 技 大 学20 级本科毕业设计（论文）任务书拟题单位_ 审题人（签名）_题目及副标题_题目来源: 1.科研 2.生产 3.教学（含实验） 4.其它 （选择其中一种）主要任务：预期成果或目标：预期成果形式：1.硬件 2.硬件软件 3.软件 4.纯论文 （选择其中一种）指导教师签名: _起止时间： 年 月 日至 年 月
2、 日学生姓名_ 专业 _ 学号_指导单位_指导教师姓名、职称_设计地点_年 月 日备注：1.此任务书应由指导教师填写，签名处须由教师亲笔签名。2. 此任务书必须在学生毕业设计 开始前下达给学生。电 子 科 技 大 学20 级本科毕业设计（论文）开题报告表学号： 姓名： 学院： 专业：学位论文题目 学位论文题目来源： 1.科研 2.生产 3.教学（含实验） 4.其它（在选项上打勾选择）学位论文成果形式： 1.硬件 2.硬件+软件 3.软件 4.纯论文（在选项上打勾选择）学位 论文 研究内容1500-2000 字，主要从以下五个方面进行阐述（参考毕业论文正文格式：宋体小 4 号，英文字体为 Tim
3、es New Rome，行间距固定 20 磅，可另加页）： 1研究现状及发展态势2选题依据及意义3课题研究内容4. 拟解决的关键问题和最终目标，以及拟采取的主要理论、技术路线和实施方案等5论文特色或创新点导师 审查 意见签名：日期： 年 月 日 电 子 科 技 大 学20 级本科毕业设计（论文）进度计划表学院名称： 填表日期： 年 月 日学生姓名学 号论文题目(含副标题)周 次 主要工作计划 （内容） 完成情况 指导教师签字 备 注第 7 学期 13-14 周 (正常学生从这个时间开始写)第 7 学期 15-16 周第 7 学期 17-18 周第 7 学期 19-20 周第 8 学期 1-2
4、周 (考研延期同学从这个时间开 始写 )第 8 学期 3-4 周第 8 学期 5-6 周第 8 学期 7-8 周第 8 学期 9-10 周第 8 学期 11-12 周第 8 学期 13-15 周说明: 1.此表由指导教师填写，并与毕业设计任务书同时下达给学生；2.该表作为专家组或指导教师对学生毕业设计进度检查的参考依据。电 子 科 技 大 学20 级本科毕业设计（论文）初期检查表学院名称： 填表日期： 年 月 日以下内容由学生本人填写学生姓名 学 号毕业设计题目名称（含副标题）指导教师姓名及职称以下内容由检查教师填写课题工作量 饱满 适中 不够课题难度 大 适中 不够涉及知识点 丰富 比较丰富
5、 较少对课题的基本评价 （在备选项后面划勾）课题价值 很有价值 价值一般 价值不大检查评语（学生毕业设计的准备工作及对设计任务的认识）检 查 教 师签 名教务科科长签字盖章说明：1、本表内容应如实填写；2、本表应妥善保管，以便装订在毕业论文中；3、学院教务科对检查情况分类汇总后，报送教务处实践教学科备案。 电 子 科 技 大 学20 级本科毕业设计（论文）中期检查表学院名称： 填表日期： 年 月 日以下内容由学生本人填写学生姓名 题目名称学 号 题目性质 科研 生产 教学（含实验） 其他指导教师 工作地点 校内： 校外：设计时间 20 年 月 日至 20 年 月 日以下内容由专家填写课题核心课
6、题进展情况存在困难解决办法或建议 检查教师签名：优 秀 良 好 中 等 及 格 不及格当期完成情况成绩说明：1、本表内容应如实填写；2、本表应妥善保管，以便装订在毕业论文中；3、学院教务科对检查情况分类汇总后，报送教务处实践教学科备案。 电 子 科 技 大 学20 级本科毕业设计（论文）答辩提问记录表学生姓名_ 学号_学院_ 专业_回答问题情况记录：答辩组提问一：学生回答情况(请打勾)： 1.好（） 2.较好（） 3.一般（） 4.差（）答辩组提问二：学生回答情况(请打勾)： 1.好（） 2.较好（） 3.一般（） 4.差（）答辩组提问三：学生回答情况(请打勾)： 1.好（） 2.较好（） 3
7、.一般（） 4.差（）答辩组提问四：学生回答情况(请打勾)： 1.好（） 2.较好（） 3.一般（） 4.差（）答辩组提问五：学生回答情况(请打勾)： 1.好（） 2.较好（） 3.一般（） 4.差（）答辩组组长签名：_年 月 日电 子 科 技 大 学20 级本科毕业设计（论文）成绩考核表学生姓名 专业 学号 题目全称指导单位指导教师一、指导教师评语课题工作量、 难度及软 、硬件等方面能力 锻炼学生工作态度、进度执 行及毕业设计任务完成等情况论文中、英文摘要、目录、正文、参考文献撰写及外文资料翻译情况指导教师签名：_年 月 日二、论文评阅教师评语：论文中、英文摘要、目录、正文、参考文献及译文等
8、内容的文法及逻辑思路论文内容所反映出的学生本人的工作量、 难度及任务完成等情况对论文全文的总体评价（注明是否达到答辩要求）评阅教师签名：_ 年 月 日三、毕业答辩专家组评语：答辩报告的逻辑思路、学生本人的工作量、难度及任务完成等情况学生回答问题时所反映的逻辑思维、基本知 识、基本技能和知 识面等情况答辩专家签名：_ 年 月 日四、毕业设计（论文）成果形式认定：1.硬件 2.硬件+软件 3.软件 4.纯论文（请选择其中一种）答辩专家签名：_年 月 日五、毕业设计（论文）成绩：设计过程(30 分) 毕业论文（45 分） 毕业答辩（25 分） 总分年 月 日注：成绩考核表要求如实填写，填写内容必须由
9、教师亲笔手写。ABSTRACT摘 要基于索引调制的正交频分多路复用技术是传统正交频分多路复用技术的一种改进技术。基于索引调制的正交频分多路复用技术在传输性能上优于传统正交频分多路复用技术，可以更好的对抗载波频率偏移对传输造成的影响。本文着重讨论分析基于索引调制的正交频分多路复用技术在有载波频率偏移情况下的误码率情况，推导出误码率的理论公式，并与传统正交频分多路复用技术进行比较，验证基于索引调制的正交频分多路复用技术的优越性，这些工作是前人没有做过的。关键词：子载波索引调制，正交频分多路复用，载波频率偏移，误码率，信道间干扰摘要IAbstractSubcarrier-Index Modulati
10、on Orthogonal Frequency Division Multiplexing (SIM-OFDM) is a new and imporving form of the traditional OFDM.The transmitting performance of SIM-OFDM is superior to OFDMs.Also,SIM-OFDM can confront carrier frequency offset(CFO) better than traditional OFDM systems.This dissertation studies the bit e
11、rror rate(BER) of the SIM-OFDM with CFO, deducing the theoritical expression,and compare it with the BER of the traditional OFDM systems to prove that the superiority of the SIM-OFDM systems,and this work havent done by others.Keywords:Subcarrier-Index Modulation(SIM),OFDM,carrier frequency offset(C
12、FO), bit error rate(BER)，Inter-Channel Interference(ICI)目录目 录第一章 引言 .11.1 研究背景及意义 .11.2 论文结构及安排 .1第二章 多载波系统传输方案 .22.1 多载波系统概述 .22.1.1 单载波传输系统 .22.1.2 多载波传输系统 .22.2 OFDM 系统的介绍和分析 32.2.1 OFDM 技术介绍 32.2.2 OFDM 系统的原理和基本模型 32.2.3 OFDM 系统的优缺点 42.2.4 OFDM 系统中的同步要求 42.3 SIM-OFDM 系统的介绍和分析 .42.3.1 SIM-OFDM 技术
13、介绍 42.3.2 SIM-OFDM 原理和基本模型 42.3.3 SIM-OFDM 的优缺点 .42.4 通信系统性能指标 .42.4.1 有效性 .42.4.2 可靠性 .52.4.3 有效性和可靠性的关系 .52.4.4 误码率分析 .52.5 本章小结 .5第三章 SIM-OFDM 系统中的误码率分析 .63.1 SIM-OFDM 系统误码率分析 .63.1.1 能量判决方法 .63.1.2 联合界方法 .63.1.3 UPPER BOUND 方法 63.1.4 基于最大似然检测的误码率分析 .7目录III3.2 仿真结果及分析 73.2.1 能量判决方法仿真 .73.2.2 联合界方
14、法仿真 .83.2.3 UPPER BOUND 方法仿真 93.2.4 基于最大似然算法的误码率分析仿真 .93.3 本章小结 .9第四章 SIM-OFDM 系统的载波频率偏移的概念及分析 104.1 载波频率偏移下的 OFDM 系统 104.1.1 OFDM 系统的频偏模型 104.1.2 OFDM 系统有频偏的误码率分析 104.2 载波频率偏移下的 SIM-OFDM 系统 .104.2.1 SIM-OFDM 系统的频偏模型 .104.2.2 频偏对 SIM-OFDM 系统的误码率分析 .114.3 仿真结果及分析 .114.3.1 频偏下的 OFDM 系统 114.3.2 频偏下的 SI
15、M-OFDM 系统 .114.3.3 频偏下的 SIM-OFDM 与 OFDM 系统对比 .114.4 本章小结 .11第五章 结束语 .125.1 本文内容 125.2 下一步学习工作方向 12参考文献 .13致谢 .15外文资料原文 .16外文资料译文 .17目录第一章 引言伴随着社会的发展和进步，人类的生活越来越依赖于通信技术，因此越来越多的国家都竭力研究现代通信技术和通信网络的建设，特别是作为现代通信中非常重要的移动通信 1更是成为研究的焦点。1.1 研究背景及意义现代移动通信技发展经历了以下几个阶段。第一代移动通信的开始我们一般认为是在 1978 年，贝尔实验室研发出先进移动电话系统
16、，建成了蜂窝状移动通信系统，随后蜂窝状移动通信系统被各个国家广泛应用，这是由于蜂窝网通过频率复用大大提高了系统容量。 1.2 论文结构及安排本论文的主要研究内容是研究和分析基于索引调制的 OFDM 技术，即 SIM-OFDM 技术，在理论上用不同的方法推导出 SIM-OFDM 系统在 AWGN 信道和瑞利信道下的误码率表达式并通过仿真进行验证，并在加入子载波频率偏移的情况下将两种技术的各自性能进行对比。经过深入研究，我们发现 SIM-OFDM 作为OFDM 系统的一个改进技术，具有比传统 OFDM 具有更好的性能，尤其是在对抗频率偏移方面。本文的主要结构安排如下： 第三章 SIM-OFDM 系
17、统中的误码率分析1第二章 多载波系统传输方案2.1 多载波系统概述通信系统主要分为单载波系统和多载波系统，我们目前主要使用的都是多载波传输系统，因为其相较于单载波系统具有明显优势，接下来我们将对其进行具体介绍。2.1.1 单载波传输系统信道g(t) g*(-t)图 2-1 单载波系统基本结构图 2-1 显示的是一个最基础的单载波系统模型。2.1.2 多载波传输系统多载波传输把一连串数据比特流进行类似于串并转换的行为之后变成了若干个子比特流，。图 2-2 为多载波系统基本结构模型。 tjNe2tjN1 tje0tjN2tjNe1g ( t )+g ( t )g ( t ).g * ( - t )
18、g * ( - t )g * ( - t ).信道tj0图 2-2 多载波系统基本结构多载波技术有多种提法 2，如正交频分复用（OFDM） 2、离散多音调制（DMT）和多载波调制（Multi-Carrier Modulation,MCK） 。电子科技大学本科学位论文2.2 OFDM 系统的介绍和分析2.2.1 OFDM 技术介绍正交频分多路复用 2(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)技术是一种特殊的多载波传输技术，由于它的特性可以将其视为复用技术的一种。2.2.2 OFDM 系统的原理和基本模型OFDM 的运行过程是这样：首先将高速
19、传输的一串数据比特流经过串并转换之后变成了若干个并行的子比特流，串并转换的目的在于使总体传输速率不变而每一路子数据流的速率降低。从 开始， OFDM 的符号可以写成如下形式：0t（2-1） 10 000rect(/2)exp , ,lsNi idTjfttTst OFDM 的基本模型如图 2-4 所示，其中 。)(2iffciiS / P P / S+0jte1Njte1jt0jte1Njte1jt0d1Nd1信道st 积分积分积分0d11Nd图 2-4 OFDM 系统基本模型框图第三章 SIM-OFDM 系统中的误码率分析32.2.3 OFDM 系统的优缺点OFDM 作为 3G 和 4G 的
20、一种核心使用技术，必定具有其他技术所不具备的一些优点 2，当然同时也必定存在有一些问题。 其主要优点有：2.2.4 OFDM 系统中的同步要求2.3 SIM-OFDM 系统的介绍和分析2.3.1 SIM-OFDM 技术介绍2.3.2 SIM-OFDM 原理和基本模型2.3.3 SIM-OFDM 的优缺点SIM-OFDM 由于是 OFDM 系统的一种改进形式，因此具备 OFDM 的特点，在本章前一节已经介绍过了，因此这里主要介绍 SIM-OFDM 相比于 OFDM 系统具有哪些优点和缺点 68。2.4 通信系统性能指标通信系统的性能指标 9是衡量一个通信系统好坏的标准，它涉及到系统的许多方面，包
21、括有效性、可靠性、标准性、经济性、鲁棒性和实用性等等。2.4.1 有效性电子科技大学本科学位论文有效性通常是指在单位时间传输数据量的多少，即所谓的传输速率，单位是比特每秒。2.4.2 可靠性可靠性是指系统的接收信息和发送信息的相似性高不高。2.4.3 有效性和可靠性的关系2.4.4 误码率分析2.5 本章小结本章主要介绍了一些基础模型和背景知识。第三章 SIM-OFDM 系统中的误码率分析5第三章 SIM-OFDM 系统中的误码率分析通信系统的性能指标是衡量一个通信系统好坏的标准，我们所做的所有和通信有关的工作基本上都是为了让通信系统具有更优的性能，其中最重要的是可靠性和有效性。这里我们主要通
22、过对 SIM-OFDM 系统的有效性进行分析，衡量标准选择为误码率。3.1 SIM-OFDM 系统误码率分析SIM-OFDM 系统由于索引比特也要传递信息，所以索引比特错误也会导致传输的调制符号发生错误，因此其误码率的分析和传统 OFDM 系统有所不同，下面我们将使用几种不同的方法对 SIM-OFDM 系统的误码率进行分析。3.1.1 能量判决方法能量判决是根据接收信号间的能量对比来判定激活子载波位置，3.1.2 联合界方法我们用联合界 10的方法来对 SIM-OFDM 系统的误码率进行分析。我们假设频域的信道系数可以表示为： ,其中 N(0 ，1)。 为离散傅里叶变hWTNF0FNW换（DF
23、T ）矩阵，N（0,1）表示服从标准正态分布，即均值为零，方差为 1 的正态分布。 的相关矩阵为：Fh（3-4）HNNHTNHFIEK0其中 。()()()()10vvNNI3.1.3 UPPER BOUND 方法电子科技大学本科学位论文由于联合界方法在高阶下没有很紧的界，因此我们提出了 UPPER BOUND12的推导方法。3.1.4 基于最大似然检测的误码率分析上述方法或多或少的存在一些局限性和缺点，因此我们希望将上述方法进行一些改进，以便获得更准确的误码率表达式。3.2 仿真结果及分析在本章和第四章我们使用的 SIM-OFDM 系统模型都是一样的，均为 2 选 1的 SIM-OFDM 系
24、统，选择的子载波数目为 1024，循环前缀长度为 256。我们使用的是 EVA 车载信道模型，车速为 56km/h，信道的最大时延为 2.51ms。3.2.1 能量判决方法仿真我们使用能量再分配策略，没有加交织，在瑞利衰落信道下将对 SIM-OFDM系统和 OFDM 系统在不同的调制方式下的性能进行比较。这里我们使用能量判决方法，因此需要进行均衡。如图 3-1，图 3-2 和图 3-3 所示，SIM-OFDM 系统在误码率性能方面相较于传统的 OFDM 系统有一定的优势。S N R ( d B )0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 01 0- 4BERU n c o d e d d a
25、 t a w i t h P R P S I M O F D M , B P S KS I M O F D MO F D M1 0- 31 0- 21 0- 11 00第三章 SIM-OFDM 系统中的误码率分析7图 3-1 能量判决下 BPSK 的 OFDM 与 SIM 的误码率性能比较S N R ( d B )0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 01 0- 4BERU n c o d e d d a t a w i t h P R P S I M O F D M , Q P S KS I M O F D MO F D M1 0- 31 0- 21 0- 11 00图 3-2 能量判
26、决下 QPSK 的 OFDM 与 SIM 的误码率性能比较U n c o d e d d a t a w i t h P R P S I M O F D M , 1 6 Q A M0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 01 0- 3S N R ( d B )BERS I M O F D MO F D M1 0- 21 0- 11 00图 3-3 能量判决下 16-QAM 的 OFDM 与 SIM 的误码率性能比较3.2.2 联合界方法仿真联合界方法可以根据信道的相关性直接改变信道相关矩阵 以获得HnhEK相应信道条件下的误码率表达式，因此较为简单灵活。电子科技大学本科学位论文3.2.3
27、UPPER BOUND 方法仿真我们使用能量再分配策略，没有加交织，在瑞利衰落信道下将对 SIM-OFDM系统在不同的调制方式下进行仿真，使用最大似然判决，因此不需要进行均衡。3.2.4 基于最大似然算法的误码率分析仿真我们使用能量再分配策略，没有加交织，在加性高斯白噪声信道下和瑞利衰落信道下将对 SIM-OFDM 系统在 BPSK 调制方式下进行仿真，使用最大似然判决，因此不需要进行均衡。3.3 本章小结本章通过介绍通信系统性能指标引出对误码率的理论分析，之后又通过对能量判决的方法证明了其和最大似然（ML）方法的等效性。第四章 SIM-OFDM 系统的载波频率偏移的概念及分析9第四章 SIM
28、-OFDM 系统的载波频率偏移的概念及分析4.1 载波频率偏移下的 OFDM 系统我们都知道，OFDM 系统将一串数据比特流通过串并转换之后将其分别调制到 N 个正交的子载波上，因此我们希望通过对 ICI 进行研究、分析和处理，并在此基础上研究频率偏移对通信系统的误码率性能的影响。4.1.1 OFDM 系统的频偏模型发射机和接收机之间的载波频率偏移（CFO）将会导致接收信号在频域上发生偏移，从而使得各个子载波之间正交性被破坏，系统的误码率性能将会急剧变差。4.1.2 OFDM 系统有频偏的误码率分析在对有载波频率偏移（CFO）的 OFDM 系统的模型有了基本的数学分析之后，我们来对 OFDM
29、系统进行误码率的性能分析。4.2 载波频率偏移下的 SIM-OFDM 系统SIM-OFDM 系统作为 OFDM 系统的一种改进形式，虽然传输形式和 OFDM系统有一些不同，然而载波频率偏移（CFO）的出现依然会导致原本互相正交的子载波不再正交，4.2.1 SIM-OFDM 系统的频偏模型这里我们仅仅考虑 BPSK 调制下的 AWGN 信道的误码率分析，使用的系统依然是 2 选 1 的 SIM-OFDM 系统。电子科技大学本科学位论文4.2.2 频偏对 SIM-OFDM 系统的误码率分析4.3 仿真结果及分析4.3.1 频偏下的 OFDM 系统4.3.2 频偏下的 SIM-OFDM 系统4.3.
30、3 频偏下的 SIM-OFDM 与 OFDM 系统对比4.4 本章小结第五章 结束语11第五章 结束语5.1 本文内容本文主要讨论了 OFDM 系统的一种改进形式 SIM-OFDM 系统。我们先介绍了 OFDM 系统，并在此基础上引出了 SIM-OFDM 系统，介绍了 SIM-OFDM 系统的基本原理和模型。5.2 下一步学习工作方向我们这里仅仅是在讨论有频率偏移的情况下仅仅考虑使用 BPSK 调制方式，二选一的 SIM-OFDM 系统的误码率进行了分析，接下来我们可以考虑调制方式为更高阶，并且子载波为 N 选 k 的情况下继续研究 SIM-OFDM 系统的误码率性能。电子科技大学本科学位论文
31、参考文献1 啜钢，王文博，常永宇等.移动通信原理与应用M.北京：北京邮电大学出版社，2002.1-132 佟学俭，罗涛等.OFDM 移动通信技术原理与应用M.北京：人民邮电出版社,2003 年 6 月.1-213 B. Stantchev, G. Fettweis. Time-variant distortions in OFDMJ. IEEE Communications Letters, Vol. 4, No. 10, October 2000, pp. 312-3144 P.H. Moose. A technique for orthogonal frequency division m
32、ultiplexing frequency offset correctionJ.IEEE Trans.Communication,Vol.42,No.10,October 1994, pp. 2908-29145 J.-J. Van de Beek, M. Sandell, P.O. Brjesson. ML Estimation of Timing and Frequency Offset in OFDM SystemsJ. IEEE Trans. Signal Processing, Vol. 45,No.7, July 1997, pp. 1800-18056 R. Abualhiga
33、 and H. Haas.Subcarrier-index modulation OFDMC. in Proc. IEEE Int. Symp. Pers., Indoor Mobile Radio Commun, Tokyo, Japan, 2009, pp. 13-16.7 Mesleh R Y, Haas H, Sinanovic S. Spatial modulationJ. IEEE Transactions on Vehicular Technology, 2008,Vol.57,No.4, pp. 2228-2241.8 D. Tsonev, S. Sinanovic, and
34、H. Haas.Enhanced subcarrier index modulation (SIM) OFDMC.in Proc. IEEE GLOBECOM Workshops, Houston,Tx2011, pp. 728-732.9 李晓峰，周宁.周亮.通信原理M 。北京：清华大学出版社， 1973.22-2510 E. Basar, U. Aygolu, E. Panayirci, and H. V. Poor. Orthogonal frequency division multiplexing with index modulationC. in Proc. IEEE GLOBE
35、COM, 2012,pp. 4741-4746.11 E. Basar, U. Aygolu, E. Panayirci, and H. V. Poor. Orthogonal frequency division multiplexing with index modulationJ.IEEE Trans. Signal Process., Vol. 61, No. 22, Nov. 2012,pp. 55365549.12 Youngwook Ko.A Tight Upper Bound on Bit Error Rate of Joint OFDM and Multi-Carrier I
36、ndex KeyingJ. IEEE Communications Letters, Vol. 18, N0.10,Oct. 2014,pp. 1763 - 1766 .13 A.Goldsmith.无线通信 M（杨鸿文，李卫东，郭文彬等译）.北京：人民邮电出版社，2006.14316114 Y.Zhao and S.G.Haggman.BER analysis of OFDM communication systems with intercarrier interference C.in IEEE Int. Conf. Communication Technology,Beijing,Ch
37、ina,Oct.1998,pp.1-5.参考文献1315 L.Rugini and P.Banelli.BER of OFDM Systems Impaired by Carrier Frequency Offset in Multipath Fading ChannelsJ.IEEE Transactions on Wireless Communications,Vol.4,No.5,Sep. 2005 ,pp. 2279-2288.16 X.Ma,H.Kobayashi and S.C.Schwartz.EFFECT OF FREQUENCY OFFSET ON BER OF OFDM AND SINGLE CARRIER SYSTEMSRC.IEEE International Symposium on Personal,Indoor and Mobile Radio Communication Proceedings,Sep.2003,pp.2239-2243.外文资料原文致谢本论文的工作是在我的导师 XX 老师悉心指导下完成的，
