认知无线电OFDM系统多用户资源分配算法的研究--毕业设计论文.doc

摘要摘 要现如今无线通信的技术发展的越来越火热，但同时也会面临这样的问题：频谱的资源变得也来越少。以前处于静态的无线频谱管理的方式会让一些频谱常常处于一种空闲的状态。这些常常处于空闲的状态会限制频谱利用率。如果长时间这样，则会影响频谱的利用率，造成频谱资源的浪费。主要的目的是为了提高频谱的利用率，人们于是提出认知无线电的思想。在基于认知无线电的基础上发展正交频分复用可以降低总的发送功率，由串行的高功率变成多个并行的子载波低功率发送。首先，这篇文章介绍了认知无线电产生的背景和两个对认知无线电的概念的解释，认知无线电特点当中的认知能力更够感应外部环境的检测，分析频谱和对频谱的判定。其次，就OFDM的认知无线电频谱感知做出了一些研究，通过搭建感知的系统模型，研究其功能等特点。对于认知无线电OFDM系统资源分配算法，本节通过简单的介绍了Wong算法、最小容量最大化算法、RA算法、迭代注水算法等，需要找一种多用户资源分配算法当中的最优算法。本章节仿真采用的是典型的迭代注水算法，得出的结论是这个算法的主要是能够实现使功率最小或者速率的最大化。关键词：认知无线电；OFDM；多用户；注水算法IIAbstractAbstractNow the technology of wireless communication is developing more and more hot, but at the same time, it also will face the problem: the resources of the spectrum become more and less. Before the static wireless spectrum management approach will let some spectrum is often in an idle state. These are often idle and limit the spectrum utilization. If this is long, it will affect the utilization of the spectrum, resulting in the waste of spectrum resources. The main purpose is to improve the utilization of the spectrum, people then put forward the idea of cognitive radio. The development of the orthogonal frequency division multiplexing based on the cognitive radio can reduce the total transmission power, and transmit the high power from serial to multiple parallel sub carriers with low power.First, this article introduced explained the background of cognitive radio and two of cognitive radio concept, cognitive radio characteristics of cognitive capacity enough induction of the external environment detection, analysis of spectrum and the spectrum determination. Secondly, some research is made on the cognitive radio spectrum of OFDM, and the features of the cognitive radio spectrum sensing system are studied.For cognitive radio OFDM resource allocation algorithm, in this section, through simple introduced Wong algorithm, minimum capacity maximization algorithm, RA algorithm, iterative water filling algorithm and need to find a multiuser resource allocation algorithm for the optimal algorithm. This chapter uses a typical iterative water injection algorithm, and the conclusion is that the algorithm can achieve the maximum of the minimum power or rate.Keywords: cognitive radio; OFDM; multiuser; water flooding algorithm目录目录摘 要IABSTRACTII1 绪论11.1认知无线电的提出11.1.1认知无线电产生的背景11.1.2 认知无线电的相关专业术语11.2认知无线电21.2.1 认知无线电定义21.2.2认知无线电的特点21.3认知无线电的使用领域和关键技术31.3.1认知无线电的技术应用31.3.2 认知无线电的关键技术介绍41.4 本章小结62 OFDM系统的研究82.1 OFDM的简介82.1.1 OFDM的产生背景82.1.2 OFDM的概念82.1.3 OFDM系统原理82.2 OFDM的系统设计92.2.1串/并变换92.2.2 OFDM系统中DFT的实现102.2.3 保护间隔和循环前缀的技术102.2.4 RF调制122.3 OFDM系统的优缺点132.4 OFDM系统的关键技术142.5 OFDM系统用户资源分配算法的研究152.5.1单用户比特分配算法152.5.2多用户子载波和比特分配法162.6 本章小结193 认知无线电OFDM系统多用户资源分配算法的研究213.1 OFDM系统中多用户自适应分配问题模型213.2 OFDM系统中的Wong自适应分配算法233.2.1 Wong算法简介233.3典型多用户OFDM系统的RA算法273.3.1 容量最大化算法273.3.2 最小容量最大化算法273.3.3比例速率限制下容量最大化算法283.4具有分配公平性的多用户自适应分配算法293.4.1速率比例固定的多用户自适应分配算法303.4.2单用户功率分配313.4.3多用户之间的功率分配323.5本章小结344 CR-OFDM迭代注水算法354.1 系统模型354.2子载波的分配算法374.3功率分配算法374.3.1 注水算法374.3.2 约束注水算法384.3.3仿真结果与分析394.4本章小结40结论41参考文献43 1 绪论1.1认知无线电的提出认知无线电1是一项有关在认知无线网络中能够提高频谱利用率的关键技术。认知无线电通过检测哪里会有空闲的频谱，感知后就会给认知无线网络提供一些基本的频谱信息。并且会随着周围环境的变换会对发射参数等数字进行适当的修改。本节将对认知无线电产生的背景以及概念进行简单的介绍。1.1.1认知无线电产生的背景近几年当中，随着时代的进步，现代的科技也是越来越进步，如今是信息的时代，但是现代的频谱资源是越来越少，近几年特别热的无线个人域网络（Wireless Personal Area Network，WPAN）技术、无线局域网（Wireless Local Area Network，WLAN）技术，这些技术把人们的关系连在了一起，把人们都连到一个互联网当中，促进人的交流。并且现在大多数人都采用这些网络技术采用的是非授权的频段进行工作和日常的生活。所以需要提高现有频谱的利用率是为解决频谱资源紧张的困难的一种方法。于是就有人提出了认知无线电的定义，主要的思想就是能够充分的利用频谱资源，拥有较小的频谱可以充分的提高其利用率2。有时候常常会有处于静态当中空闲的频谱，这些空闲的频谱被称作“频谱空洞”，所以应该充分得利用这些频谱空洞，充分提高其利用率1.1.2 认知无线电的相关专业术语1频谱分类：（1）授权频谱3是需要人们为了他们使用的频谱资源交费用，他们就拥有这些频段的权利。（2）非授权频谱是可以给任何人都是用的频段，频段是不需要缴费的。2用户分类：（1）主用户也叫做授权用户，是指付出费用所得到的频段的用户。（2）非授权用户4也叫做二级用户或者也可以叫做认知无线电用户，它们不拥有任何的频段。1.2认知无线电近几年来，了解到对认知无线电的概念有很多种解释，下面我给出两种具有典型的、有代表的有关认知无线电的定义，且将简单的描述一下认知无线电的特点。1.2.1 认知无线电定义在了解认知无线电的前提下，需要先了解一下软件无线，因为这个软件无线电是认知无线电的基础前提。本节则需要对这个软件无线进行简单的描述。据文献5的定义来看，认知无线电技术将会连续不断地认知外部环境的各种各样的信息例如授权用户终端和认知无线电终端的工作频率调制方式、接收端的信噪比、网络的流量分布、甚至可以是认知用户的行为和说话内容等，并且对这些信息进行分析，学习以及判断，然后经过对无线电知识介绍语言和其他认知无线电终端然后进行智能的交流，然后选择适合的工作频率、调制方式、发射功、介质访问协议和路由等，从而保证使整个网络能够一直提供可靠的通讯，结果达到最佳的频谱利用率效果。据FCC认为：“认知无线电是能够基于对其工作环境的交互改变发射机参数的无线电”。Hay Kin教授从信号处理角度作为出发点，认知无线电被认为是可以作为认知外界通信环境的智能通信系统指标。通过学习认知无线电系统，经过不断地了解认知外界的环境变化，并且通过自适应地调整其自身内部的通信原理来实现对环境变化的适应，从而以达到改进系统稳定性和提高频谱资源利用率的目的6。1.2.2认知无线电的特点1.认知无线电具有一种认知的能力4，它可以从周围的环境当中，通过一种流程通常包含频谱的感知、频谱的详细分析、频谱的判定，能探测出哪些频谱是处于忙的状态，哪些是处于空闲的状态。通过这一过程，就可以发现哪些是忙的频谱，哪些是处于空洞的频谱。然后检查出空洞的频谱后，可以充分的利用这些频谱，充分利用这些频谱，尽量提高其利用率。能够检测频谱当中的哪些是忙，哪些是空闲的这样的能够辨别出的就是频谱感知；当感知到一些频谱的时候需要对这些频谱进行一些评定这就是频谱分析；通过一定的分析后，就可以知道哪些用户需要这些频谱进而对频谱的判定；这样的一过程就是频谱的感知、频谱分析、频谱判定简单组成的。2.认知无线电会根据无线网络环境中一些处于动态的编程的无线通信设备，然后可以根据不同的传输方式则得出的通过这些无线设备中接受不同的数据信息，这就是认知无线电的重构能力5。在分析这个重构能力的时候可以从它的参数上面来分析一下，例如，双方通信的协议、工作频率的一致性、采用什么调制方式等，这些都是重构能力的参数。在非授权中认知无线电采用重构能力主要的目的是：如果认知无线电感知到了空洞的频谱，需要充分的利用这些频谱然后在不产生对非授权用户的干扰下，可以为这些非授权的用户提供可靠额信息。在授权的用户中，会有两种方式来面对这些用户，第一种是利用当前的频谱，但是可以改变这里的发送功率或者可以改变它的调制方式等方法。第二种就是可以切换到其他空闲的频谱当中去，这样就会避免对授权用户的干扰。1.3认知无线电的使用领域和关键技术1.3.1认知无线电的技术应用在这几年当中，认知无线电现在是发展的越来越迅速，国内国外很多研究专家现在专门对无线电展开了全面的研究，同时成立了一些研究所，对认知无线电进行研究，对近现代的科技发展具有一定的促进作用。认知无线电的关键技术有如下几个方面：1在UWB中的应用UWB技术7基于认知无线电的技术拥有较高的传输速率、系统的容量较大、消耗的功率低、抗多径效应的能力强并且成本低的特点，被称为下一代的无线通信革命技术，很有可能就是未来信息宽带无线中组具有潜力的技术。2在WLAN中的应用通过对认知无线电技术的了解，人们发现了认知无线电可以应用在WLAN中，在这个工程中，认知无线电技术可以连续不断的扫描频谱段，获得这些可用信道的信道环境和质量的认知信息，自适应地接入较好的通信信道，这正是解决WLAN频段拥挤问题的方法。WLAN对认知无线电能够充分发挥，其中这个WLAN的特点是虽然工作的范围小，但是工作的地点很灵活的，其中它的工作无线环境相对来说是比较简单的。3在Mesh网络中的应用在Mesh网络中能够模拟路由器的作用，会根据从近的相邻的节点接受消息并且进行中间的转发。因为这样可以经过相邻的节点传递低功率代替了远距离节点传递的功率大的在Mesh网络中也能模拟路由器的功能，从邻近节点接收消息并进行中继转发。这样，Mesh网络通过邻近节点之间的低功率传输取代了远距离节点间的大功率传输，实现了低成本的随时随地接入。1.3.2 认知无线电的关键技术介绍认知无线电是现代信息时代中发展很迅速的一种技术，这个认知无线电具有很强的学习能力，会根据环境中的变化然后也进行变化参数的一种能力，它能够与周边环境进行相互传达的信息，认知无线电会随着现代的进步将会成为现代的关键技术。认知无线电将随着现在的进步不断的发展和成熟。1在物理层方面的关键技术（1）频谱感知 在物理层中主要是采用频谱的感知能力才能准确的去捕获一些处于空闲状态下的时间频谱、空闲频谱， 认知无线电可以感知很宽的频谱带宽，并且能进行带宽的频段时域或空间的分析估测等，这将是对射频的开头设计是一个很大的考验。据参考文献3认知无线电会通过认知无线电的节点来感知这些无线电所传来信息，经过一些节点的融合和互相之间的交换，能感测出认知无线电所传达的信息。这样有效的提高了频谱的感知能力的可靠性。当信息在无线电中传输时，频谱会有一定的感知，感知这些频谱主要分为三种方式，信息在传输的时候需要进行一下检测这就是传输段检测、在传输过程中需要合作检测、基于干扰的检测。传输检测是指主用户在某一频段所使用的频谱被下一级的二级用户所检测到微弱的信号，知道有很小的信号，然后检测是否这个频段是空闲的。需要测出来这个状态则需要经历匹配滤波器的检测、能量的检测、周期过程中的趋于正常的检测。例如调制方式、脉冲形状、格式时，最好的最有用的最可靠的检测器就是匹配滤波器，因为它能最大化的接受信息里面的信噪比。能量检测：当二级用户没有主用户信号的足够信息时，最优的检测器是能量检测。周期平稳特征检测通过分析频谱相关函数可以检测出这些特征,有些调制信号本身是互相有联系的，不是没有一点的联系，所以调制信号能够互相的参考。所以在这个没有噪声干扰的情况下、不变化的情况下，周期平稳特征会比能量检测的性能好。周期的平稳性是一个相当有难度的测试，如果没有一定的耐力，没有很强的思维能力，对数学算法的高度认识，那么使用这个周期平稳的检测需要很长的时间，所以一般不用。合作检测是指在当前使用的传输检测的原因是这个二级用户他们一般是不知道这些主用户的具体位置，不能确定这些主用户使用的频段，但是可根据周围的环境部分的能够观察并检测出主用户传输段的一段很小的信号，这样来判断主用户的存在。虽然可以检测到微弱的信号通过传输检测，但是在检测过程中这个二级用户他们是会可能存在一个这样的问题就是隐藏终端的问题。所以为了能够尽量减少或避免这种隐藏终端的问题，更为了能够很准确的检测，可以通过这个二级用户可以通过其他的二级用户的感知一些信息，这样可以尽量的避免隐藏轴端的问题。干扰检测7是为了能够准确无误的使主用户和二级用户能够正常的通信，正常的进行工作，所以通过人们的研究可以加入干扰值，可以减少对他们通信的错误，当然在这个加入这个干扰值，也是有一定的限制那就是这个主用户接受的时候它所产生的干扰值要小于某一个特定的规定的一种干扰的门限值，所以这个主用户和二级用户就可以一起来分享这个共同大的使用通信的频谱，如果大于某一个规定的干扰的门限值，那么可能就不能共同使用同一个频谱段，这样就需要去寻找另一个可以使用的频谱段。（2）信道估计为了建立可靠通信链路，有必要估计通信双方之间的信道状态信息，以确定发射的参数为发射频段、发射天线方向、发射功率数据速率、调制编码方式等很多资源分配算法的研究都是基于信道估计理想，得到充分的信道状态信息，所以信道估计是基础。（3） 数据传输经过以上的频谱的感知和对信道的估测，认知无线电有条件可以优选空闲的频谱资源。因此，接收和发送应该赞同数据是可变的，不同的调制方式、不同的信道编码的方法来提高频谱的利用率。2无线电在介质访问控制层方面的关键技术（1）动态频谱资源的管理利用光谱信息获得的光谱传感、频谱分析、决策的频谱可以授权频谱。自由光谱和未经授权频谱的感觉；频谱孔特性可以被干燥的路径损耗错误率链路延迟时间能力看参数如频谱分析主要是分析的基础上,估计谱参数。就这个光谱特征的信息可以了解到，如果想确定以及保证这个频谱能够合理的分布，因为频谱的合理分布会对当前的用户和当前人们对这个频谱的有效性和可靠性的需求等都很重要的。合理的频谱会对这个数据的传输率有很大的帮助，可以是错误的概率减少很低，是用户的接受得到的信息很正确。当然这里面会对这个关键的通信信道的设计也有一定的要求，首先一部分是可定义选择一段特定的频谱作为专用的控制信道，这样就可以避免外部的干扰，其次，人们也可以选择一段没有经过授权的频谱频段作为这个通信的控制信道，最后也可以根据那些非授权的频段可以利用一些超宽的技术进行信令在通信信道中传输，这样出来的频谱参数、频谱移动的管理部分和原来的先前的那些有着固定的频段是有着一些不相同的情况，跟以前的分配结构是不相同的，认知无线电在用户当中是一种处于动态的一种频谱，如果能够选择一种最合适的通信频段，这是最好的方式。但是如果信道设计的条件设计的很不好，那些具备高级的一些优先的用户当要求当前的频谱进行通话的时候，人们会想出一种新的切换方式，这种新的切换方式就称作为频谱切换。（2）频谱共享在这个认知无线电中主要研究的一些网络结构中，一些用户的接入方式可以进行分类：如果按照正常的网络结构来分类的话则可以分为频谱集中和频谱的分布。频谱的集中主要是控制一些或者负责一些频谱的管理方面的事情和约束资源这方面。在这种分布式下的结构当中可以通过各个节点或者其他一部分的通过频谱和信道之间的相互协商来约束和管理用户的使用情况。在这种情况下，这种集中式的分布结构会经过协商来获取部分的有效资源。频谱的分布式情况这个传送信息就需要根据协商来获取部分的可靠有效的资源信息。这个节点之间需要根据自己判断来捕获有效的信息和策略。会根据一定的情况进行对频谱进行对频谱的管理和频谱的选择。也可以从频谱的共享中分类，可以分为频谱的填充式和频谱的下垫式。这样可以划分为三种方案。第一种可以根据这个下垫的方式进行对频谱的补充，扩展等是频谱变大的一种技术，如果这样做的话就可以吧认知无线电上的主用户所使用的频谱搬移到全频段当中去。第二种就是尽量避免弄一些干扰的填充式的方法来解决问题。第三种则是一种混合的方案，就是尽量的去避免干扰的基于下垫式方法去扩展频谱。但是这里面也会存在一些缺点，需要人们去克服的，所以就需要尽量的无能量的分配或者使能量的最低。1.4 本章小结通过对上面的认知无线电的简单介绍，了解因为在现在科技发展中，频谱资源现在变的越来越紧张已经成为社会的一大难题，但是人类也是智慧的，研究人员提出了认知无线电，能在资源困乏的时候充分的利用资源，提高了频谱的利用率这就是一大提高。认知无线电是现代社会中应用技术很热门的一项技术，很多应用都需要在认知无线电的基础上去发展、去研究的一些学术的东西，例如一些关键的技术，一些复杂或简单的算法等，都需要通过在认知无线电的基础上去发展，所以在认知无线电的发展在将来中必将越来越火热，把人们通过这个认知无线网络联系起来。44河北工程大学毕业设计说明书2 OFDM系统的研究2.1 OFDM的简介2.1.1 OFDM的产生背景早在20世纪60年代的时候提出了正交频分复用8（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）思想，OFDM系统的组成是主要是由模拟滤波组成的，因为当时科技没有发展起来，当时的OFDM系统比较复杂，造成那个时候的OFDM系统一直没有发展起来。后来到了80年代，L. J. Cimini博士当时提出并分析了移动通信在OFDM系统中存在的一些问题，后来随着这些问题，提出了解决在OFDM中移动通信提出的问题。 从此以后，OFDM在移动通信中的应用得到迅速发展，随着要求传输的码元速率不断提高，传输宽带也越来越宽。现在的多媒体进行通信的信息传输速率则会被要求达到若干的Mb/s。这种移动通信的信息在传输时，传输信道可能会演变成大城市现在大多存在的多径效应衰落严重的无线信道。因此OFDM就在这样的背景下得到发展。OFDM也是一类多载波并行调制的体质。它和20世纪50年代类似系统的区别主要有：（1）近几年的发展的OFDM系统在一定程度上提高了频谱的利用率，而且从某种程度上也提高了数据的传输速率，已调制的各路子载波信号，这些频谱信号是相互重叠的；（2）每路子载波的调制十多进制调制；（3）因为每路子载波调制的信号的调制方式不同，则可以根据各路子载波处信道特性、根据信道的优缺点采用不同的频谱。2.1.2 OFDM的概念OFDM实质上是一种调制方式，是一种多个子载波并行传输的一种方式。也可以被看成是一种多载波的复用技术9。其中这个多载波的传输的思想是将各个数据的比特流划分成若干个子比特流。事实上，就是将开始发送的高功率变成多个子载波的低功率的比特率，然后这些低功率的比特流，还可以相应的去调制其子载波，其中OFDM系统的最大的优点就是能够提高频谱的利用率。2.1.3 OFDM系统原理下面是OFDM系统典型的框图如图2-1所示。图的上半部分对应的是发射机的结构，下半部分对应的是接收器的结构。发送者发送的数字信号经过传输信道会映射到子载波的相位和振幅上面，然后通过数字的交织再经过数字调制，调制成一种适合这个发送信道能适应的调制方式，再插入一定的频谱，然后把各路的子载波的串行变换成并行，再经过IFFT的变换然后再通过把各路子载波的并行变换成串行的方式。再通过加入循环的前缀和加是为了防止有其他频谱的干扰，再通过数字和模拟的变换，然后发送到接受部分的天线。接收者的发送是完全相反的，射频的无线电的数字信好与基带的信号，接受部分则需要先将模拟转换成数字，唯一不同的是在去除循环前缀的是时候加了一个定时和频率同步，然后就与发送的对应相反，依次通过FFT然后经过并行转换成各路子载波的串行，信号通过在信道中的校正，再通过数字的解调，将信号解交织，解码则接受部分收到相应的信息。然后与FFT逆变换，选择适当的信号转换成发送和接受的信号。因为类似之FFT运算，发射机和接收机可以使用相同的硬件。当然，这种复杂的经济意味着收发不能同时发送和接收操作。 图 21 OFDM收发机框图2.2 OFDM的系统设计2.2.1串/并变换每当传输数据的时候，数据都会以典型的形式出现，那就是将这些数字信息形成一定的数据流，然后这些数据符号就可能会被连续的传输，这样每一个数据的符号的频谱就可以很好很充分的利用整个带宽。可是在这些并行的数据传送的系统中，会有很多个数据符号能够被同时的进行传输。这样可以更好的减少这些在串行中，数据流在串行系统中出现的一些难以控制的状况。在这个OFDM系统中将那些比较高的数据传送输入的串行的比特流可以进行串、并的一些变换，把这些高的转换成较低的数据流。然后可以照射到并且映射到OFDM符号的在不同的子载波上进行传送。不同的子载波的调制是不同的，它是可以采用自适应调节。连续的一系列错误,相比的情况下大部分的前向纠错编码，误差分布均匀的条件下将更有效地工作。因此，为了提高系统性能，大多数系统使用数据作为字符串/和转换工作的一部分，这可以通过随机分配到每个副载波上每个连续的数据位。在接收端，逆过程制定相应的信号。这样不仅可以恢复原始数据位的顺序,同时也传播由于衰落信道是一系列的错误,近似均匀分布。2.2.2 OFDM系统中DFT的实现傅里叶变换在时间域和频率域，有几种类型的傅里叶变换，选择哪些形式的傅里叶变换是由特定的工作环境。OFDM系统调制需要很多的滤波器、调制器、一些想干解调器等。如果使用DFT来处理传输的数字信号，则信号在时域和频域的采样使离散的傅里叶变换呈现一定的规律。如果相对较大的系数来说，（2-2）等效的IDFT可以完成OFDM的基带信号。信号采样率，清晰度是：，且忽略矩形函数，对于信号以的速率进行抽样，即令，则得到： （2-1）从（2-1）中可以看出其实是的经过离散傅里叶逆变换的过程。同样的当这个接收段想要恢复出原来的一些数据符号，则也可以对进行逆变换即离散的傅里叶变换可以得到： （2-2）通过对以上式子的分析可以得出，在传输过程中OFDM系统的调制是可以通过由IDFT来处理，同样的OFDM系统的解调可以看成由DFT来处理。在数据传输过程中，假设有N个子载波在传输数据符号，则可以看到就会有N个点IDFT的操作数，这些传输的数字符号在数据的时间域中通过，再经过频域数据的发射载波调制后，然后发送到无线的通道中。其中经过IDFT输出数据的符号是经过很多的子载波的信号经过数据的堆栈，也就是很多子载波的连续叠加以后经过调制的信号采样。2.2.3 保护间隔和循环前缀的技术OFDM系统的一个最大的优点是可以很有效的对抗多径延迟的传播，把输入的那些数据流串行变换到N个并行的子载波信道中，这样可以使每个调制的子载波的传输的数据的周期就会变成原来数据周期的符号的N倍。之所以在每个OFDM符号中间加这个间隔，主要是为了能够希望尽量或者避免各个符号之间的干扰，所以在每个OFDM符号中添加了一定的保护间隔，当然这个也是保护见间隔也是有条件的，那就是这个保护间隔一般都要比无线信道中的最大的时延扩展还要大，主要这样是为了避免一个符号产生的多径分量不会那么容易对下一个符号造成一定的干扰，如图2-2所示。图2-2 多径情况下，空闲保护间隔在子载波间造成的干扰如果在这一频段保护间隔中若不插任何的数据信号时，也就是说这一段可能就是空白的传输额一个频段。可是这种可能会产生空白的传输频段可能会产生多径效应，造成多径效应的影响，所以会产生不好的对子载波有干扰的破坏，也就是在这种情况下，各个子载波之间原来是正交的，可是受到这个影响，各路子载波可能就不是正交的，然后不同的子载波间会有一定的相互干扰。在图中可以看出，由于FFT运算时间长、第一副载波和第二副载波周期的数量和区别不是整数，因此，当接收机解调。第一副载波的副载波可引起干扰。同样的，当第二个副载波解调接收机，从第一副载波干扰存在所以象征的尾端，副本添加到起点增加象征时间的长度，图2-3显示了保护间隔插入。图2-3 加入保护间隔的OFDM符号，为采样的保护间隔长度，为FFT变换产生的无保护间隔的OFDM符号长度则在接收端采样开始的时刻应该满足下式： （2-3）在式（2-3）中是传输信道中的最大多径效应时延的扩展时间，若能够满足该式，则传输中前面一个的OFDM符号的干扰只会存在之间，如果子载波的个数比较多的时候，OFDM的符号周期和信道的脉冲相应比较而言来说，是相对比较大的，则出现的结果是符号之间的干扰很小或者避免了产生符号之间的干扰。当加入保护间隔的是以的IDFT为基础的OFDM系统的机构框图如图2-4所示。 图2-4 加入保护间隔，利用IDFT/DFT实施的OFDM系统框图其中，选择合适的子载波数量N，为了能够消除这些数据之间产生的多径效应和码间干扰，可以在使用在OFDM系统中加入一些保护间隔这样就可以尽量的减少或者避免了多径效应和码间串扰。加入保护间隔后可以有助与保持子载波之间的正交性。2.2.4 RF调制从OFDM系统中调制器输出的基带信号，其中这个基带信号必须和这个传输系统频率达到一致，这样才能更好的传输数据，没有干扰，没有误差，减少了传输过程中的误码率，这个基带信号和混合操作的技术的动作是同步，才能实现信号的更好传输。可是数字的调制技术是用来提高匹配器的Q通道以及数字IQ调制相位，可以使接受方的信息更加准确。图2-5 OFDM 系统的模拟混频器 图2-6 OFDM 系统的数字混频器2.3 OFDM系统的优缺点最近这几年随着科技的快速发展，OFDM技术现在被人们越来越看重，发现OFDM技术在生活工作方面可以很平常的被利用起来，所以近几年有很多研究人员研究这个技术的优缺点9，优点有以下几个方面：（1）OFDM系统中那些较高的传输速率的数据需要进行转换，而每个数据流上所对应的子载波的数据符号的长度也是随着数据的转换而相对增加的，这样可以有效的减少数据符号在无线通信中的时间色散所引起的不均衡，并且还可以在一定程度上降低了接受机的相对复杂度。或者在使用了OFDM技术也可以不用使用均衡器，只不过需要在这个系统中加入保护间隔插入循环前缀，这个样子就可以降低甚至可以避免产生码间串扰或者多径效应。（2）OFDM系统使用复用的技术的方法是：需要很多个子载波之间并行一起来传输数据流，这样不但降低了发送段的发送功率，还保护了各个子载波间的频带之间的通道。OFDM系统中各个子载波之间是正交性的，所以可以允许他们这个频谱间的相互重叠，现在的OFDM技术相对以前的传统的OFDM技术来说是很大程度的提高了频谱的利用率。当大量的载体，系统的频谱效率2波特/赫兹。（3）在OFDM系统中，子载波数量可以运用系统使快速傅里叶变换也就是逆傅里叶变换，使大规模集成电路中的电路技术和DSP技术的快速发展和FFT是非常容易实现的。（4）在无线通信中数据的业务是有不对称的，则会有下行链路的传输的数据可能会比上行的链路的数据数量要大，这个就是非对称的链路，就像这个非对称的链路所以很需要借助物质的高速数据速率传输，而在OFDM的系统中可以看到有不同数量的子载波数量的子频道就是传送不同的速率。所以OFDM可以很好的适应在生活或者工作当中。有了OFDM这项技术，在非对称的链路中就可以想到OFDM。可是，并不是每个技术都是那么的完美，没有缺点，虽然OFDM技术是在生活工作中很容易实现的，但是由于它的每个子载波之间是正交的，所以在经过这个系统以后，输出的信号的由很多个子载波之间信道是相互叠加的。缺点会表现一下几方面：（1）在OFDM系统中，光谱他们是重叠的子信道，但是它们之间有非常严格的要求那就是对各路子载波之间的正交性提出了非常严格严谨的要求。在这些无线时变信道中传输数据的过程中、频谱发生变换的过程中，无线信号传输过程中，在本地振荡器频率偏移之间的发射机和接收机的时候，都会很容易受到频率偏差的影响。而这些频谱的频率偏移差会很容易影响信号之间的干扰，造成通道的敏感，这就是OFDM系统的主要的去缺点之一。（2）因为OFDM系统本身是由多个子载波系统组成的，所以输出也就需要多个子载波的输出，但是在传输过程中会有很多子载波信号的相位会产生叠加，并且这些叠加的信号瞬时功率会比平常的信号功率要高很多10，并且比在发射信号的发射机中提出了更高的要求，这样就会导致系统里面会产生很大的峰值平均功率，这样会在OFDM系统中叠加的信号瞬时功率会大于信号的平均功率，这并不是很好的事情，反而会可能会使传输的信号在传输过程中遭受到信号频谱的失真，然后每个子载波的各路正交的信号遭受到干扰进一步的扰乱了系统的性能。所以也是OFDM系统中一大缺点。2.4 OFDM系统的关键技术在以上方面中简单介绍了OFDM系统的特点，所以在分析了它的优缺点后，研究人员也会根据它的不同特性然后研究的方面是不相同的，在移动通信方面做了研究11，例如：1信道估计在OFDM系统当中信道的估计是有着非常重要的位置，其中信道估计的设计主要存在两大问题：一个是选择的导频信息，因为这个传输的无线信道是会产生衰落的，所以就需要对信道要时刻的保持跟踪；一个是既有低复杂度又有良好的导频信息和跟踪信道估计量的设计能力。在实际的设计中,选择的信息和最优估计量的设计通常是相互关联的,因为估计的性能和导频信息传输模式。2.信道编码和交织在OFDM系统中加入信道的编码和交织主要是为了能够提高这个系统的性能。因为在信道中往往会出现一些问题，而这些问题往往是错误的，这些多雾又是随机的，所以在信道中采用了编码，可以降低一定的错误率。当在OFDM系统中采用信道编码和交织可以进一步的加强整个系统的性能。然而OFDM系统的结构为子载波之间的代码联系提供了机会。3均衡在传输系统中多载波当中一般采用均衡，可是均衡并不是传输过程中改善衰落的有效方法。主要均衡的主要功能是尽可能的弥补产生的多径多引起的码间串扰。主要是在OFDM技术事实上本身就已经用了多径信道的特征，所以研究专家们就提出了可以考虑增加均衡器让这个循环前缀适当的减少，可以经过系统的复杂度是为了换取系统频带的利用率的提高。2.5 OFDM系统用户资源分配算法的研究在OFDM系统中认知无线电中的多用户采用自适应的调制方式，主要是应用在频率选择性的衰落这样的周围环境中。有一些典型的子载波，在深衰落,没有足够的力量来携带信息的任何一点，所以分子载体不被使用。因此，这些用户分配时间槽或不使用副载波频带将被浪费，和其他用户也不使用这些副载波。根据瞬时下降特性为用户分配副载波和确定所有用户代码元素的数量每个副载波和功率电平。做的多用户副载波和一些权力和权力分配问题公式化，并提出一个循环算法完成多用户副载波分配问题12。2.5.1单用户比特分配算法在解决多用户的分布的问题，首先介绍了单用户环境的比特分配算法。单用户问题不仅可以使读者更好地理解要解决的问题，并在此基础上论文能提出一种比特分配算法在多用户环境中。在这种单用户资源分配情况下： （2-4）此最小化公式的限制条件则为：