基于OFDM的CDMA3G無線通信系統(tǒng)傳輸?shù)卣饠?shù)據(jù)分析

褚孝遠(yuǎn)，景 晟

(四川省地震局，四川成都 610041)

正交頻分復(fù)用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)是一種無線環(huán)境下的高速傳輸技術(shù)，3G(3rd Generation)無線通信系統(tǒng)是指將無線通信與國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)等多媒體通信相結(jié)合的新一代移動(dòng)通信系統(tǒng)，能夠處理語音、圖像、數(shù)據(jù)、視頻流等多種媒體形式。為了提供這種服務(wù)，無線網(wǎng)絡(luò)必須支持不同的數(shù)據(jù)傳輸速度，即在室內(nèi)、室外和快速移動(dòng)的環(huán)境中分別支持至少2 Mbps、144 kbps以及384 kbps的傳輸速率，OFDM技術(shù)可以在不同載波上傳輸不同速率的碼元，能支持不同傳輸速率業(yè)務(wù)。由于OFDM技術(shù)是未來無線寬帶接入的技術(shù)之一，也是下一代蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)，能比較好的解決在高速率無線通信傳輸中由于多徑傳播、信號(hào)快速衰落帶來的碼間串?dāng)_問題，其重要性是顯而易見的。OFDM系統(tǒng)對(duì)定時(shí)和頻率偏移敏感，特別是在與CDMA多址方式結(jié)合使用時(shí)，時(shí)域和頻域的同步性顯得尤為重要。在下行鏈路中，基站向各個(gè)終端廣播發(fā)送同步信號(hào);在上行鏈路中，來自不同終端的信號(hào)必須同步到達(dá)基站，才能保證子載波間的正交性?；靖鶕?jù)各終端發(fā)來的子載波攜帶的信息進(jìn)行時(shí)域和頻域同步信息提取，再由基站發(fā)回終端，以便讓終端進(jìn)行同步。

在傳統(tǒng)的多載波通信系統(tǒng)中，整個(gè)系統(tǒng)頻帶被劃分為若干個(gè)互相分離的子信道。接收端通過濾波器把各個(gè)子信道分離之后再接收所需要的信息，雖然這樣可以避免不同信道互相干擾，但卻是以犧牲頻率利用率為代價(jià)的。當(dāng)子信道數(shù)量很大的時(shí)候，分離各子信道信號(hào)濾波提取信號(hào)將變得無法實(shí)現(xiàn)，于是，在頻帶混疊的多載波通信中，就選擇相互之間正交的載波作子載波的技術(shù)——正交頻分復(fù)用技術(shù)。OFDM既能充分利用信道帶寬，也可以避免使用高速均衡和抗突發(fā)噪聲產(chǎn)生的差錯(cuò)，是一種特殊的多載波通信方案，單個(gè)用戶的信息流通過串/并變換成為多個(gè)低速率碼流，每個(gè)碼流都用一個(gè)子載波發(fā)送，OFDM不采用帶通濾波器來分隔子載波，而是通過快速傅立葉變換(FFT)來選用即使混疊也能夠保持正交的波形，因此可以降低多路徑信道帶來的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。采用OFDM的CDMA 3G通信系統(tǒng)無線傳輸?shù)卣饠?shù)據(jù)具有抗干擾性強(qiáng)，頻譜利用率高的特點(diǎn)。本文的目的是模擬OFDM通信系統(tǒng)無線傳輸?shù)卣饠?shù)據(jù)，在此系統(tǒng)下建立仿真模型，分析OFDM通信系統(tǒng)無線傳輸?shù)卣饠?shù)據(jù)。

1 正交頻分復(fù)用原理及應(yīng)用

現(xiàn)代移動(dòng)通信中，無線信道的主要特點(diǎn)是多徑傳播及衰落，發(fā)射機(jī)發(fā)出的無線電波信號(hào)在傳播路徑上受到周圍環(huán)境中地形及物體的作用產(chǎn)生反射、繞射或散射，接收機(jī)接收到的信號(hào)是從多條傳播路徑傳播的疊加信號(hào)。多徑衰落導(dǎo)致接收信號(hào)的幅度、相位和到達(dá)時(shí)間發(fā)生劇烈變化。如果發(fā)射機(jī)、接收機(jī)或周圍環(huán)境物體之一或全部都在快速運(yùn)動(dòng)，多徑衰落將使接收信號(hào)變得極其復(fù)雜。但是OFDM信號(hào)可以較好的抗多徑衰落，OFDM增強(qiáng)了抗頻率選擇性衰落和抗窄帶干擾的能力。在單載波系統(tǒng)中，單個(gè)衰落或者干擾可能導(dǎo)致整個(gè)鏈路不可用，但在多載波的OFDM系統(tǒng)中，只會(huì)有一小部分載波受影響。此外，糾錯(cuò)碼的使用還可以幫助其恢復(fù)一些載波上的信息。通過合理地挑選子載波位置，可以使OFDM的頻譜波形保持平坦，同時(shí)保證了各載波之間的正交。

2.1 OFDM信號(hào)產(chǎn)生原理

2.2 OFDM技術(shù)在CDMA 3G通信系統(tǒng)中的應(yīng)用

第二代通信系統(tǒng)則由于多徑衰落引起誤碼率比較突出，在CDMA 3G系統(tǒng)中采用OFDM技術(shù)則較好減少了誤碼率。3G通信技術(shù)最終讓用戶快速接收和發(fā)送大量數(shù)據(jù)，推動(dòng)了語音通話、短信和數(shù)據(jù)信息等應(yīng)用，所以需要大量的傳輸數(shù)據(jù)。因?yàn)镺FDM每個(gè)載波所使用的調(diào)制方法可以不同，各個(gè)載波能夠根據(jù)信道狀況的不同選擇不同的調(diào)制方式，比如BPSK、QPSK、8PSK、16QAM、64QAM等等，以提高頻譜利用率和降低誤碼率。

由于OFDM系統(tǒng)較復(fù)雜，從而限制了其應(yīng)用，但是利用離散傅立葉變換/離散傅立葉反變換(DFT/IDFT)代替多載波調(diào)制和解調(diào)，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，使OFDM技術(shù)趨于易實(shí)現(xiàn)。在通信系統(tǒng)中，由于在傳輸信號(hào)過程中受到多徑傳播影響信號(hào)延遲及快衰落信道的干擾產(chǎn)生誤碼，但使用OFDM技術(shù)降低了信號(hào)的誤碼率。目前OFDM技術(shù)的研究深入到無線調(diào)頻信道上的寬帶數(shù)據(jù)傳輸，廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域。

大崗山水電站地震監(jiān)測(cè)臺(tái)網(wǎng)與二灘水電站地震監(jiān)測(cè)臺(tái)網(wǎng)的臺(tái)站有CDMA 2G或CDMA 3G網(wǎng)絡(luò)覆蓋，并且多數(shù)臺(tái)站CDMA信號(hào)強(qiáng)度能達(dá)到24 dBm以上，數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延均小于1 s，滿足地震臺(tái)數(shù)據(jù)傳輸指標(biāo)要求，但是CDMA 3G系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)延時(shí)明顯優(yōu)于CDMA 2G系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)延時(shí)減少200 ms左右。采用OFDM技術(shù)的CDMA 3G通信系統(tǒng)和CDMA 2G在部分監(jiān)測(cè)臺(tái)站的網(wǎng)絡(luò)延時(shí)參數(shù)對(duì)比見表1和表2。

表1 CDMA信號(hào)強(qiáng)度為31 dBm部分監(jiān)測(cè)臺(tái)站網(wǎng)絡(luò)測(cè)試結(jié)果

表2 CDMA信號(hào)強(qiáng)度為24 dBm部分監(jiān)測(cè)臺(tái)站網(wǎng)絡(luò)測(cè)試結(jié)果

通過對(duì)比，監(jiān)測(cè)臺(tái)站信號(hào)強(qiáng)度同樣為31 dBm或24 dBm的情況下，CDMA 3G通信系統(tǒng)比CDMA 2G通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)延時(shí)減少了200 ms左右。表3和表4為在瀘定縣區(qū)域內(nèi)分別使用CDMA 2G系統(tǒng)和CDMA 3G系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)臺(tái)站2013年7月至9月的運(yùn)行率。

表3 部分使用CDMA 3G系統(tǒng)監(jiān)測(cè)臺(tái)站運(yùn)行率統(tǒng)計(jì)

表4 部分使用CDMA 2G系統(tǒng)監(jiān)測(cè)臺(tái)站運(yùn)行率統(tǒng)計(jì)

從上表可以看出，在同一地區(qū)使用CDMA 3G系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)臺(tái)站運(yùn)行率高于使用CDMA 2G系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)臺(tái)站運(yùn)行率，反映出CDMA 2G系統(tǒng)的誤碼率高于CDMA 3G系統(tǒng)，由于誤碼降低了運(yùn)行率。

3 結(jié)束語

用MATLAB構(gòu)建系統(tǒng)仿真的結(jié)果表明，使用OFDM技術(shù)的CDMA 3G通信系統(tǒng)傳輸?shù)卣饠?shù)據(jù)完全可行，而且在CDMA 3G系統(tǒng)中實(shí)際使用取得良好的效果，通過測(cè)試對(duì)比，CDMA 3G系統(tǒng)在傳輸時(shí)延及抗干擾方面均優(yōu)于CDMA 2G系統(tǒng)，CDMA 3G技術(shù)已經(jīng)在數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域得到成功的應(yīng)用，雖然本仿真法還需優(yōu)化，但對(duì)使用OFDM技術(shù)的CDMA 3G通信系統(tǒng)傳輸?shù)卣饠?shù)據(jù)提供了理論依據(jù)。

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