现代通信技术讲座论文

《现代通信技术讲座论文》题目：基于小波变换的OFDM系统任课老师谭鸽伟院（系）信息科学与工程学院专业通信工程专业届别2011级班级2班学号1115107039姓名苏越2摘要近年来，无线通信在人们的生活中占据着越来越重要的地位，因此，人们对无线通信传输速率提出了更高的期望，正交频分复用技术即OFDM(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing)因其具有较强的的抗衰落能力以及抗码间干扰ISI(Inter-symbolInterference)能力，频带利用率高等优点，开始受到学者们的关注。但是也有频偏敏感、频谱利用率不够高等问题。所以提出了基于小波理论的OFDM系统，不仅提高了抗干扰能力，而且降低了系统的复杂度。故为了使人们对于基于小波的OFDM技术有一个概括性的认识，全面的了解。本文简单介绍一下小波的基本概念并对OFDM进行概括性的阐述，并对基于小波变换的OFDM技术的应用发展前景进行介绍。关键词：小波，小波变换，OFDMAbstractInrecentyears,wirelesscommunicationinpeople'slivesoccupyanincreasinglyimportantposition,sopeopleputforwardforwirelesscommunicationtransmissionratehigherexpectations,namelyOrthogonalFrequencyDivisionMultiplexingOFDM(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing)becauseithasoverthestronganti-anti-fadingcapabilityandinter-symbolinterferenceISI(Inter-symbolInterference)capability,bandwidthefficiencyadvantages,scholarsbegantoreceiveattention.Buttherearealsooffsetsensitivetotheproblemofhigherspectralefficiencyisnotenough.SoOFDMsystemisproposedbasedonwavelettheory,notonlyimprovetheanti-jammingcapability,butalsoreducesthecomplexityofthesystem.Therefore,inordertomakepeopleforWaveletOFDMtechnologyhasabroad-basedunderstandingandcomprehensiveunderstanding.ThisarticlebrieflyoutlinethebasicconceptsofwaveletOFDMandconductedageneralexposition,andprospectsaredescribedbasedontheapplicationofwavelettransformOFDMtechnology.Keywords:wavelet,wavelettransform,OFDM3目录1小波介绍........................................................41.1小波简史......................................................41.2小波概念......................................................41.3小波变换......................................................41.4著名小波举例小波..............................................42OFDM介绍.......................................................62.1OFDM基本原理..................................................62.2OFDM优缺点....................................................63基于小波变换的OFDM介绍..........................................73.1DWT-OFDM基本原理.............................................73.2基于小波包变换的OFDM系统框图................................84基于小波包的OFDM发展前景.......................................95结论............................................................96参考文献........................................................941小波介绍1.1小波简史是由法国从事石油信号处理的工程师J.Morlet在1974年首先提出的，通过物理的直观和信号处理的实际需要经验的建立了反演公式，当时未能得到数学家的认可。正如1807年法国的热学工程师J.B.J.Fourier提出任一函数都能展开成三角函数的无穷级数的创新概念未能得到认可一样。幸运的是，早在七十年代，A.Calderon表示定理的发现、Hardy空间的原子分解和无条件基的深入研究为小波变换的诞生做了理论上的准备，而且J.O.Stromberg还构造了历史上非常类似于现在的小波基；1986年著名数学家Y.Meyer偶然构造出一个真正的小波基，并与S.Mallat合作建立了构造小波基的统一方法--多尺度分析之后，小波分析才开始蓬勃发展起来，其中比利时女数学家I.Daubechies撰写的《小波十讲（TenLecturesonWavelets）》对小波的普及起了重要的推动作用。与Fourier变换、视窗Fourier变换（Gabor变换）相比，具有良好的时频局部化特性，因而能有效的从信号中提取资讯，通过伸缩和平移等运算功能对函数或信号进行多尺度细化分析（MultiscaleAnalysis），解决了Fourier变换不能解决的许多困难问题，因而小波变化被誉为“数学显微镜”，它是调和分析发展史上里程碑式的进展。1.2小波概念小波（Wavelet)这一术语，顾名思义，“小波”就是小区域、长度有限、均值为0的波形。所谓“小”是指它具有衰减性；而称之为“波”则是指它的波动性，其振幅正负相间的震荡形式。与Fourier变换相比，小波变换是时间（空间）频率的局部化分析，它通过伸缩平移运算对信号（函数)逐步进行多尺度细化，最终达到高频处时间细分，低频处频率细分，能自动适应时频信号分析的要求，从而可聚焦到信号的任意细节，解决了Fourier变换的困难问题，成为继Fourier变换以来在科学方法上的重大突破。有人把小波变换称为“数学显微镜”。1.3小波变换在信号处理中，有两类非常重要的变换即傅立叶变换和小波变换。目前，可简单地将小波理解为满足以下两个条件的特殊信号：(1)小波必须是振荡的；(2)小波的振幅只能在一个很短的一段区间上非零，即是局部化的。1.4著名小波举例1、Daubechies小波52、Coiflets小波3、Symlets小波4、Morlet小波5、MexicanHat小波62OFDM介绍2.1OFDM基本原理正交频分复用，英文原称OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，缩写为OFDM，实际上是MCMMulti-CarrierModulation多载波调制的一种。其主要思想是：将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到在每个子信道上进行传输。正交信号可以通过在接收端采用相关技术来分开，这样可以减少子信道之间的相互干扰ICI。每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此每个子信道上的可以看成平坦性衰落，从而可以消除符号间干扰。而且由于每个子信道的带宽仅仅是原信道带宽的一小部分，信道均衡变得相对容易。在向B3G/4G演进的过程中，OFDM是关键的技术之一，可以结合分集，时空编码，干扰和信道间干扰抑制以及智能天线技术，最大限度的提高了系统性能。包括以下类型：V-OFDM,W-OFDM,F-OFDM,MIMO-OFDM,多带-OFDM。OFDM中的各个载波是相互正交的，每个载波在一个符号时间内有整数个载波周期，每个载波的频谱零点和相邻载波的零点重叠，这样便减小了载波间的干扰。由于载波间有部分重叠，所以它比传统的FDMA提高了频带利用率。在OFDM传播过程中，高速信息数据流通过串并变换，分配到速率相对较低的若干子信道中传输，每个子信道中的符号周期相对增加，这样可减少因无线信道多径时延扩展所产生的时间弥散性对系统造成的码间干扰。另外，由于引入保护间隔，在保护间隔大于最大多径时延扩展的情况下，可以最大限度地消除多径带来的符号间干扰。如果用循环前缀作为保护间隔，还可避免多径带来的信道间干扰。在过去的频分复用(FDM)系统中，整个带宽分成N个子频带，子频带之间不重叠，为了避免子频带间相互干扰，频带间通常加保护带宽，但这会使频谱利用率下降。为了克服这个缺点，OFDM采用N个重叠的子频带，子频带间正交，因而在接收端无需分离频谱就可将信号接收下来。OFDM系统的一个主要优点是正交的子载波可以利用快速傅利叶变换（FFT/IFFT）实现调制和解调。对于N点的IFFT运算，需要实施N2次复数乘法，而采用常见的基于2的IFFT算法，其复数乘法仅为（N/2）log2N，可显著降低运算复杂度。2.2OFDM优缺点1优点（1）有效减少多径及频率选择性信道造成接收端误码率上升的影响7（2）接收端可利用简单一阶均衡器补偿信道传输的失真（3）频谱效率上升(4)OFDM技术特别适合使用在高层建筑物、居民密集和地理上突出的地方以及将信号散播的地区。高速的数据传播及数字语音广播都希望降低多径效应对信号的影响。(5)OFDM技术的最大优点是对抗频道选择性衰落或窄带干扰。在单载波系统中，单个衰落或干扰能够导致整个通信链路失败，但是在多载波系统中，仅仅有很小一部分载波会受到干扰。对这些子信道还可以采用纠错码来进行纠错。(6)可以有效地对抗信号波形间的干扰，适用于多径环境和衰落信道中的高速数据传输。当信道中因为多径传输而出现频率选择性衰落时，只有落在频带凹陷处的子载波以及其携带的信息受影响，其他的子载波未受损害，因此系统总的误码率性能要好得多。(7)通过各个子载波的联合编码，具有很强的抗衰落能力。OFDM技术本身已经利用了信道的频率分集，如果衰落不是特别严重，就没有必要再加时域均衡器。通过将各个信道联合编码，则可以使系统性能得到提高。(8)OFDM技术抗窄带干扰性很强，因为这些干扰仅仅影响到很小一部分的子信道。2缺点（1）传送与接收端需要精确的同步（2）对于多普尔效应频率漂移敏感（3）峰均比高（4）循环前缀（CyclicPrefix）造成的负荷3基于小波变换的OFDM介绍3.1DWT-OFDM基本原理基于小波变换的OFDM技术(DWT-OFDM)是小波理论与OFDM技术相结合而产生的一种新的多载波调制技术。它利用小波多分辨率分析的思想，将消息信号视为小波变换中的低频信息和细节信息，选择正交小波基作为子载波，通过逆小波变换合成DWT-OFDM信号，在接收端通过小波变换恢复出原始信号。其具体结构如图3-8所示：若选择的正交小波，即尺度函数和小波函数满足以下正交性条件，根据Mallat快速算法