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OFDM在移动通信抗衰落中的应用摘要：针对移动通信信道的衰落，人们提出了许多解决方法。
OFDM是其中比较好的一种，文章简要论述了一下OFDM的基本原理，求出子载频正交的条件，并考察了OFDM在频域中的特点。
最后论述了OFDM在应用中的优缺点。
关键词：抗衰落OFDM原理优缺点移动通信信道是一个非常恶劣的通信环境，其中既有噪声、干扰也存在衰落，这三个方面的因素对移动通信系统的性能都会产生一定的负面影响，而其中衰落时我们最为关注的因素，因为衰落时移动信道的基本特性，信号在传输过程中会有信号的反射、折射、绕射、散射和吸收等现象，导致信号产生衰落，从而降低了信号的传输质量。
移动通信要得以实现也必须有相应的技术来克服这些因素的影响。
一般而言，提高移动通信系统性能的技术有：分集、均衡和信道编码。
分集是抗衰落的主要技术，均衡可以补偿时分信道中由于多径效应而产生的码间干扰，如果调制带宽超过了无线信道的相干带宽，将会产生码间干扰，并且调制信号将会展宽。
而接收机内的均衡器可以对信道中幅度和延迟进行补偿。
若信道不理想，在已调信号频带上很那保持理想传输特性时，会造成信号的严重失真和码间串扰。
为了解决这个问题，除了采用均衡器外，途径之一就是采用多个载波，将信道分成许多子信道。
将基带马援均匀分散地对每个子信道的载波调制。
假设有10个子信道，若每个载波的调制码元速率将降低至1/10，每个子信道的带宽也随之减小为1/10。
若子信道的带宽足够小，则可以认为信道特性接近理想信道特性，码间串扰可以得到有效的克服。
随着要求传输的码元速率不断提高，传输带宽也越来越宽，今日多媒体通信的信息传输速率已经到达若干Mb/s，并且移动通信的传输信道可能是在大城市中多径衰落严重的无线信道。
为了解决这个问题，并行调制的体制再次受到重视，正交频分复用（OFDM）就是在这种形势下得到发展的。
OFDM也是一类多载波并行调制的体制。
为了提高频率利用率和增大传输速率，各路子载波的已调信号频谱有部分重叠。
目录1.概述 (4)2.主要的抗衰落技术 (5)2.1.分集接收技术 (5)2.11 分集技术主要包含两方面 (6)2.12 分集方式 (6)2.13 合并方式 (8)2.2 RAKE接收 (10)2.3.纠错编码技术 (11)2.3.1分组码 (12)2.3.2卷积码 (12)2.3.3交织编码 (12)2.4. 均衡技术 (13)3.小结 (15)1.概述衰落是影响通信质量的主要因素。
由于多径衰落和多普勒频移的影响，移动无线信道极其易变。
这些影响对于任何调制技术来说都会产生很强的负面效应。
移动通信系统需要利用信号处理技术来改进恶劣的无线电传播环境中的链路性能。
对路径传输损耗，主要靠增大发射功率，以提高接收信号的场强来解决。
对慢衰落所造成的接收信号功率的波动，通常借助“宏分集”来解决。
无线传输所面临的最大问题是信道的时变多径衰落，克服多径衰落主要用“微分集”来解决，这也是人们通常所说的分集技术。
抗多径衰落还常用均衡技术和差错控制编码技术。
均衡可以补偿时分信道中由于多径效应而产生的码间干扰(ISI)。
信道编码是通过在发送信息时加入冗余的数据位来改善通信链路的性能的。
均衡、分集和信道编码这三种技术都被用于改进无线链路的性能，也就是希望减小瞬时误码率。
这三种技术在用来改进接收信号质量时，既可单独使用，也可组合使用。
但是在实际的无线通信系统中，每种技术在实现方法、所需费用和实现效率等方面具有很大的不同。
在下面的各节里，我们将分别介绍分集接收、交织与编码、均衡等抗衰落技术。
2.主要的抗衰落技术2.1.分集接收技术基本思想把接收到的多个衰落独立的信号加以处理，合理地利用这些信号的能量来改善接收信号的质量及指接收端对它收到的多个衰落特性互相独立(携带同一信息)的信号进行特定的处理，以降低信号电平起伏的办法。
作用①充分利用接收信号的能量②减小接收信号的衰落深度和衰落持续时间分集：接收多路不相关的信号并合并。
目标：对抗多径信道造成的衰落和延时串扰。
安徽财经大学（《移动通信》课程论文）抗衰落技术学院：管理科学与工程学院专业：电子信息工程******学号：********任课教师：***论文成绩：2014年10月卫星移动系统抗衰落技术摘要:卫星通信以其覆盖面广，通信容量大、经济效益高等优点，已经运用到各个领域，如:军事、气象、海洋、科研、广播等。
卫星通信也有其固有的缺点，即除了自由空间造成的传输损耗外，受大气层的影响较大。
所以要采取一定的技术手段来克服大气层对信号造成的这种损耗。
本文就大气层对信号造成的衰落做了详细的分析，并研究了抗衰落的技术措施。
关键词:卫星通信;信道衰落;抗衰落1.引言卫星通信以其覆盖广、通信容量大、通信距离远、不受地理环境限制、质量优和经济效益高等特点，受到人们的关注，并迅速发展，与光纤通信、数字微波通信一起成为现代远距离通信的支柱。
虽然地面宽带网络技术日新月异，但是它只能让经济发达、人口密集的城市地区的人们享受宽带服务，而对于农村、人烟稀少地区和经济落后的地区，仅靠地面网络是无法经济有效地提供宽带服务的。
卫星作为惟一能够实现全球无缝隙覆盖的通信手段，其作用无可替代。
卫星通信现在已经应用到各个领域，按其业务种类可分为:商用卫星、军用卫星、气象卫星、科研卫星、广播卫星等。
目前卫星研究的热点和趋势是移动卫星通信和宽带通信。
然而卫星通信信道复杂，多径传播、多普勒频移、电离层闪烁、信道中不同媒质对电波产生的漫射与散射、遮蔽效应等，都将导致接收点的信号强度随时间随机地或慢地发生变化，亦即信号产生了衰落。
卫星移动通信信道是典型的衰落信道，在不同的环境中通常被表述为Rayleigh衰落Rician衰落和遮蔽Rician衰落。
信号的衰落会降低信号的接收质量，严重时可能导致通信中断，常用的抗衰落技术主要有:分集抗衰落技术、自适应均衡抗衰落技术、编码抗衰落技术等。
2.分集接收抗衰落技术分集技术(Diversity Techniques)的基本思想是利用分散传输和集中处理来降低多径衰落的影响，进而改善传输的可靠性，分集技术的要求使各衰落信号间不相关或相关性很小。
2.1分集信号的产生方法理论研究表明，衰落具有时域、空域和频域的独立性，接收端可在空域、时域和频域得到互不相关的衰落信号。
实现分集的方式有以下几种: （1）空间分集(Space Diversity)接收端在不同地点接收互相独立的多径信号，可通过发端采用一副发射天线，收端采用多副接收天线来实现。
由于低轨卫星同时配置多副收、发天线比较困难，Sendonaris[2]等人提出了一种新的空间分集技术—协作分集技术，该技术使多个具有单天线的移动终端互为协作伙伴共享彼此的天线，以获得等效多天线系统带来的分集增益。
如图1所示，用户信号一方而可以直接到达接收端，另一方而可以通过协作后再到达接收端，在接收基站形成分集接收信号。
文献[3]提出将协作分集技术应用在低轨卫星移动通信系统用户下行链路(卫星和终端用户之间的通信链路)中以减小信道衰落的影响，通过仿真结果证明了协作分集技术相对于传统无协作系统有较大的性能优势。
从图2可以看出，在同等误码条件10-4下，Rayleigh衰落信道协作误码率比无协作时提高大约11 dB，在Rician衰落信道下协作误码率比无协作时提高2dB。
（2）频率分集((Frequency Diversity)频率分集在发送端用多个载波发送携带相同信息的信号，相邻载波之间的间隔应大于信道的相关带宽，频率分集是克服频率选择性衰落的有效途径。
时频调制技术[4]叮SK, Time- frequency shift keying)将时移键控（TSK)和频移键控（FSK）组合起来，是目前广泛采用的抗衰落和抗多径技术之一，时频调制信号按一定的规则在一个或一组二进制符号的不同时隙发射不同频率信号来实现信号传输。
尽管，时频调制方式有较好的抗衰落和抗多径性能，但是调制后的分集信号频谱展宽，宽度与分集重数成正比，尤其在多重频率分集和传输速率较高时，实现困难。
文献[s]提出了正交调幅相加法、正弦调相法、线性调频法等几种利用恒幅多频载波来实现频率分集的方法避免了非恒幅多载波的功率分散以及时频调制载波频谱展宽的特点，使得调制后的分集信号具有恒幅特性和较高的频谱利用率，适用于多重频率分集的通信系统。
（3）时间分集(Time Diversity)时间分集将给定的信号在时间上相差一定的间隔重复传输M次，有利于克服移动信道中由多普勒效应引起的快衰落、慢衰落，其缺点是浪费时间资源。
由于时间分集的衰落速率与移动台的运动速度及工作波长有关，因此当移动台处于静止状态时，时间分集基本上是有用处的。
（4）极化分集(Polarization Diversity)极化分集是指发送端用两个正交极化波发射，接收端用两个正交极化的天线接收。
在移动环境下，两个在同一地点极化方向相互正交的天线发出的信号呈现出不相关衰落特性。
极化分集实际上是空间分集的特例，其分集支路只有两路。
文献[6]的实验和仿真结果说明了在提高信道容量和通信性能方而极化分集和空间分集具有相同的效果。
2.2分集信号的合并技术任何一种分集方式，接收机都必须将收到的互不相关的M条路径的衰落进行合并，并通过合并技术得到抵消了衰落的信号，从而获得分集增益。
对于具体的合并技术可分为选择式合并、最大比合并、等增益合并和开关式合并。
选择式合并是从M 个接收信号中选择具有最高基带信噪比的基带信号作为输出;而最大比合并是将M个接收信号的平方按不同的系数进行加权，加权系数与接收信号的强度A;成正比而与噪声功率N,成反比，信噪比越大的支路对最终接收信号的贡献越大;最大比合并可以获得较高的分集增益，但实现加权系数的调整需要付出较高的代价;等增益合并是将M个接收信号按相同的系数进行加权后输出，其合并性能仅次于最大比合并，但易于实现，因此应用较多。
开关式合并是接收机将接收的信号的瞬时包络与预定的开关门限相比较来选择哪一条支路接收。
2.3 RAKE接收机Rake接收机的原理是在每条路径采用一个相关接收机，与同一期望信号的多径分量之一相关，根据每个相关输出的相对强度加权后合成一个输出，加权系数的选择原则一般是使得输出信噪比最大。
其理论基础是当传输时延超过一个码片周期时，多径信号可以看成是互不相关的，因此，传统的Rake接收机在多径时延大于码片间隔情况下分离多径信号，在通过合并来改善接收端的信噪比性能。
Rake接收机利用多径来增强信号，将扩频信号设计与Rake接收的信号处理结合在一起，并通过扩频信号的设计在接收端将各条路径信号加以分离，再利用Rake接收机将被分离的各个路径信号相位校准，幅度加权，将矢量和变成代数和，从而加以充分利用。
从图3可以看出，不同合并方式的分集效果是不同的，最大比合并性能最好，但最复杂;选择式合并性能最差，但最简单，两者性能相差1.5dB。
从图4可以看出，在使用合并技术中采用的分集重数越多，性能效果越好，说明Rake分集接收能有效地克服多径衰落的影响，降低误码率。
在低轨卫星低仰角通信时，通常利用高增益扩频技术来消除多径衰落和干扰，因此，需要对长周期扩频序列进行捕获，文献[7]提出了一种基于并行数字匹配滤波器组的Rake接收机，并对其在瑞利衰落信道中的性能进行了分析。
该接收机能在确保对长扩频码的整周期自相关的基础上，对各多径信号进行最大比合并，提高了信噪比，有效地对抗衰落。
3.自适应均衡抗衰落技术均衡是一种改造信道的手段，自适应均衡则是根据无线信道的时变多径传播特性引入的码间干扰，自适应地进行补偿，使其接近不失真传输要求。
均衡器从理论上可以分为线性和非线性，线性均衡一般适用于信道畸变不大的场合，对深衰落的均衡能力不强;非线性均衡器可用于高速数据在严重畸变信道上传输。
3.1线性均衡器线性均衡结构相对简单，常用于信道失真不十分严重的情况下，由于线性均衡器受频率选择性衰落的影响，性能一般，往往需要和其他技术结合起来使用。
线性均衡器可以用FIR滤波器实现，也称横向滤波器。
常用自适应算法来调整滤波器的抽头系数，主要有以最小峰值畸变为准则的迫零算法、以最小均方误差为准则的均方误差算法(即LMS算法),RLs算法及它们的各种改进算法。
由图5可见，采用了基于LMS算法的自适应均衡器可以较大地降低误比特率，因此性能较好。
文献[8]提出了一种基于 Laguerre滤波器结构的衰落信道自适应均衡的新方法。
由于Laguerre滤波器同时具有FIR和IIR结构的特点，在信噪比低、信道多径条件复杂的情况下，可以获得比通常的线性自适应均衡器和判决反馈均衡器(DFE)更好的抗符号间干扰的效果。
3.2非线性均衡器目前的非线性均衡器主要包括两大类:一类是基于最小序列误差概率准则的最大似然序列估计接收机(MLSE);另一类是判决反馈均衡器O)FE, Decide Feedback Equalization)。
前者性能最优，但是其复杂度随着多径干扰符号长度的增长而呈级数性增长，后者由前馈滤波器和反馈滤波器两部分组成，可通过多种方式实现。
(1)坚决反馈均衡器在判决反馈均衡器中，均衡信号的输出是前向滤波器和反向滤波器两部分之和，均衡后的判决信号再反馈到反向滤波器中，其基本思想是:如果检测信号已知(假设过去的判决是正确的)，那么通过从均衡器输出中减去过去符号值与适当权重的乘积，这些符号中的码间干扰可以完全消除。
文献[9]针对传统判决反馈均衡器设计所用的误差函数在信号星座图点的周围发生跳变而引起误码率增大的的情况提出了一种新型的判决反馈均衡器，该均衡器通过修改误差函数，以平滑的误差函数取代有跳变点的误差函数，从而得到性质更好的代价函数，通过求代价函数的最优解，就得到了新的基于最小二乘的自适应判决反馈均衡器(NDFE)。
(2)最大似然序列估计接收机NIL,SE均衡器中信道预测期通常是一个具有可调增益抽头的FIR横向滤波器，可用梯度LMS算法或快速收敛的RLS算法来调节其抽头增益。
这些估计值为维特比算法提供需要的参数。
在维特比算法中，除了需要信道特性的有关参数外，还需要干扰信号的噪声统计分布参数。
因此，噪声的统计分布特性决定着接收信号的最佳解调形式文献[10]在加性高斯白噪声信道下研究了判决反馈均衡器(DFE)和最大似然序列估计(MLSE)均衡器，在DFE和线性均衡器(LE)中都是使用递归最小二乘(RLS)算法和最小均方(LMS)算法对数据进行分块处理，而在MLSE均衡器中使用了维特比最佳译码算法。
通过图6比较可得，判决反馈均衡器(DFE)消除码间干扰的性能好于线性均衡器LE，而最大似然序列估计(MLSE)均衡器的性能更是优于DFE，在误比特率为10-2时，MLSE对于DFE均衡器有大约3.5dB的性能提升，代价是计算量增加和跟踪时间的延长。
