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電 子 科 技 大 學UNIVERSITY OF ELECTRONIC SCIENCE AND TECHNOLOGY OF CHINA學 士 學 位 論 文BACHELOR DISSERTATION論文題目 學生姓名 學號 學院 專業(yè) 指導教師 指導單位 年 月 日電 子 科 技 大 學20級本科畢業(yè)設計（論文）任務書擬題單位_ 審題人（簽名）_題目及副標題_題目來源: 1.科研 2.生產(chǎn) 3.教學（含實驗） 4.其它 （選擇其中一種）主要任務：預期成果或目標：預期成果形式：1.硬件 2.硬件軟件 3.軟件4.純論文 （選擇其中一種） 指導教師簽名: _起止時間： 年 月 日至 年 月 日學生姓名_ 專業(yè) _ 學號_ 指導單位_指導教師姓名、職稱_設計地點_ 年 月 日備注：1.此任務書應由指導教師填寫，簽名處須由教師親筆簽名。2. 此任務書必須在學生畢業(yè)設計開始前下達給學生。電 子 科 技 大 學20級本科畢業(yè)設計（論文）開題報告表學號： 姓名： 學院：專業(yè)：學位論文題目 學位論文題目來源： 1.科研 2.生產(chǎn) 3.教學（含實驗） 4.其它（在選項上打勾選擇）學位論文成果形式： 1.硬件 2.硬件+軟件 3.軟件 4.純論文（在選項上打勾選擇）學位論文研究內容1500-2000字，主要從以下五個方面進行闡述（參考畢業(yè)論文正文格式：宋體小4號，英文字體為Times New Rome，行間距固定20磅，可另加頁）： 1研究現(xiàn)狀及發(fā)展態(tài)勢2選題依據(jù)及意義3課題研究內容4. 擬解決的關鍵問題和最終目標，以及擬采取的主要理論、技術路線和實施方案等5論文特色或創(chuàng)新點導師審查意見 簽名：日期： 年月 日電 子 科 技 大 學20 級本科畢業(yè)設計（論文）進度計劃表學院名稱： 填表日期：年月日學生姓名論文題目(含副標題)學 號周 次主要工作計劃（內容）完成情況指導教師簽字備 注第7學期 13-14周(正常學生從這個時間開始寫)第7學期 15-16周第7學期 17-18周第7學期 19-20周第8學期 1-2周(考研延期同學從這個時間開始寫)第8學期 3-4周第8學期 5-6周第8學期 7-8周第8學期 9-10周第8學期 11-12周第8學期 13-15周說明: 1.此表由指導教師填寫，并與畢業(yè)設計任務書同時下達給學生； 2.該表作為專家組或指導教師對學生畢業(yè)設計進度檢查的參考依據(jù)。電 子 科 技 大 學20級本科畢業(yè)設計（論文）初期檢查表學院名稱：填表日期：年月日以下內容由學生本人填寫學生姓名學號畢業(yè)設計題目名稱（含副標題）指導教師姓名及職稱以下內容由檢查教師填寫對課題的基本評價（在備選項后面劃勾）課題工作量飽滿適中不夠課題難度大適中不夠涉及知識點豐富比較豐富較少課題價值很有價值價值一般價值不大檢查評語（學生畢業(yè)設計的準備工作及對設計任務的認識）檢 查 教 師簽 名教務科科長簽字蓋章 說明：1、本表內容應如實填寫；2、本表應妥善保管，以便裝訂在畢業(yè)論文中；3、學院教務科對檢查情況分類匯總后，報送教務處實踐教學科備案。 電 子 科 技 大 學20 級本科畢業(yè)設計（論文）中期檢查表學院名稱： 填表日期： 年 月 日以下內容由學生本人填寫學生姓名題目名稱學 號題目性質科研 生產(chǎn) 教學（含實驗） 其他指導教師工作地點校內：校外：設計時間20 年 月 日至 20 年 月 日以下內容由專家填寫課題核心課題進展情況存在困難解決辦法或建議 檢查教師簽名：當期完成情況成績優(yōu) 秀良 好中 等及 格不及格說明：1、本表內容應如實填寫；2、本表應妥善保管，以便裝訂在畢業(yè)論文中；3、學院教務科對檢查情況分類匯總后，報送教務處實踐教學科備案。 電 子 科 技 大 學20級本科畢業(yè)設計（論文）答辯提問記錄表學生姓名_ 學號_學院_ 專業(yè)_ 回答問題情況記錄： 答辯組提問一： 學生回答情況(請打勾)： 1.好（） 2.較好（） 3.一般（） 4.差（）答辯組提問二： 學生回答情況(請打勾)： 1.好（） 2.較好（） 3.一般（） 4.差（）答辯組提問三： 學生回答情況(請打勾)： 1.好（） 2.較好（） 3.一般（） 4.差（）答辯組提問四： 學生回答情況(請打勾)： 1.好（） 2.較好（） 3.一般（） 4.差（）答辯組提問五： 學生回答情況(請打勾)： 1.好（） 2.較好（） 3.一般（） 4.差（） 答辯組組長簽名：_ 年 月 日電 子 科 技 大 學20級本科畢業(yè)設計（論文）成績考核表學生姓名 專業(yè) 學號 題目全稱指導單位指導教師 一、指導教師評語課題工作量、難度及軟、硬件等方面能力鍛煉學生工作態(tài)度、進度執(zhí)行及畢業(yè)設計任務完成等情況論文中、英文摘要、目錄、正文、參考文獻撰寫及外文資料翻譯情況指導教師簽名：_ 年 月 日二、論文評閱教師評語：論文中、英文摘要、目錄、正文、參考文獻及譯文等內容的文法及邏輯思路論文內容所反映出的學生本人的工作量、難度及任務完成等情況對論文全文的總體評價（注明是否達到答辯要求） 評閱教師簽名：_年 月 日三、畢業(yè)答辯專家組評語：答辯報告的邏輯思路、學生本人的工作量、難度及任務完成等情況學生回答問題時所反映的邏輯思維、基本知識、基本技能和知識面等情況 答辯專家簽名：_ 年 月 日四、畢業(yè)設計（論文）成果形式認定：1.硬件 2.硬件+軟件 3.軟件 4.純論文（請選擇其中一種） 答辯專家簽名：_ 年 月 日五、畢業(yè)設計（論文）成績：設計過程(30分)畢業(yè)論文（45分）畢業(yè)答辯（25分）總分 年 月 日注：成績考核表要求如實填寫，填寫內容必須由教師親筆手寫。摘要摘 要 基于索引調制的正交頻分多路復用技術是傳統(tǒng)正交頻分多路復用技術的一種改進技術?；谒饕{制的正交頻分多路復用技術在傳輸性能上優(yōu)于傳統(tǒng)正交頻分多路復用技術，可以更好的對抗載波頻率偏移對傳輸造成的影響。本文著重討論分析基于索引調制的正交頻分多路復用技術在有載波頻率偏移情況下的誤碼率情況，推導出誤碼率的理論公式，并與傳統(tǒng)正交頻分多路復用技術進行比較，驗證基于索引調制的正交頻分多路復用技術的優(yōu)越性，這些工作是前人沒有做過的。關鍵詞：子載波索引調制，正交頻分多路復用，載波頻率偏移，誤碼率，信道間干擾15AbstractSubcarrier-Index Modulation 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 error 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(CFO), bit error rate(BER)，Inter-Channel Interference(ICI)目錄目 錄第一章 引言11.1 研究背景及意義11.2 論文結構及安排1第二章 多載波系統(tǒng)傳輸方案22.1 多載波系統(tǒng)概述22.1.1 單載波傳輸系統(tǒng)22.1.2 多載波傳輸系統(tǒng)22.2 OFDM系統(tǒng)的介紹和分析32.2.1 OFDM技術介紹32.2.2 OFDM系統(tǒng)的原理和基本模型32.2.3 OFDM系統(tǒng)的優(yōu)缺點42.2.4 OFDM系統(tǒng)中的同步要求42.3 SIM-OFDM系統(tǒng)的介紹和分析42.3.1 SIM-OFDM 技術介紹42.3.2 SIM-OFDM 原理和基本模型42.3.3 SIM-OFDM的優(yōu)缺點42.4 通信系統(tǒng)性能指標42.4.1 有效性42.4.2 可靠性52.4.3 有效性和可靠性的關系52.4.4 誤碼率分析52.5 本章小結5第三章SIM-OFDM系統(tǒng)中的誤碼率分析63.1 SIM-OFDM系統(tǒng)誤碼率分析63.1.1 能量判決方法63.1.2 聯(lián)合界方法63.1.3 UPPER BOUND 方法63.1.4 基于最大似然檢測的誤碼率分析73.2 仿真結果及分析73.2.1 能量判決方法仿真73.2.2 聯(lián)合界方法仿真83.2.3 UPPER BOUND 方法仿真93.2.4 基于最大似然算法的誤碼率分析仿真93.3 本章小結9第四章 SIM-OFDM系統(tǒng)的載波頻率偏移的概念及分析104.1 載波頻率偏移下的OFDM系統(tǒng)104.1.1 OFDM系統(tǒng)的頻偏模型104.1.2 OFDM系統(tǒng)有頻偏的誤碼率分析104.2 載波頻率偏移下的SIM-OFDM系統(tǒng)104.2.1 SIM-OFDM系統(tǒng)的頻偏模型104.2.2 頻偏對SIM-OFDM系統(tǒng)的誤碼率分析114.3 仿真結果及分析114.3.1 頻偏下的OFDM系統(tǒng)114.3.2 頻偏下的SIM-OFDM系統(tǒng)114.3.3頻偏下的SIM-OFDM與OFDM系統(tǒng)對比114.4 本章小結11第五章 結束語125.1本文內容125.2下一步學習工作方向12參考文獻13致謝15外文資料原文16外文資料譯文17第一章 引言第一章 引言伴隨著社會的發(fā)展和進步，人類的生活越來越依賴于通信技術，因此越來越多的國家都竭力研究現(xiàn)代通信技術和通信網(wǎng)絡的建設，特別是作為現(xiàn)代通信中非常重要的移動通信1更是成為研究的焦點。1.1 研究背景及意義現(xiàn)代移動通信技發(fā)展經(jīng)歷了以下幾個階段。第一代移動通信的開始我們一般認為是在1978年，貝爾實驗室研發(fā)出先進移動電話系統(tǒng)，建成了蜂窩狀移動通信系統(tǒng)，隨后蜂窩狀移動通信系統(tǒng)被各個國家廣泛應用，這是由于蜂窩網(wǎng)通過頻率復用大大提高了系統(tǒng)容量。 1.2 論文結構及安排本論文的主要研究內容是研究和分析基于索引調制的OFDM技術，即SIM-OFDM技術，在理論上用不同的方法推導出SIM-OFDM系統(tǒng)在AWGN信道和瑞利信道下的誤碼率表達式并通過仿真進行驗證，并在加入子載波頻率偏移的情況下將兩種技術的各自性能進行對比。經(jīng)過深入研究，我們發(fā)現(xiàn)SIM-OFDM作為OFDM系統(tǒng)的一個改進技術，具有比傳統(tǒng)OFDM具有更好的性能，尤其是在對抗頻率偏移方面。本文的主要結構安排如下： 第三章 SIM-OFDM系統(tǒng)中的誤碼率分析第二章 多載波系統(tǒng)傳輸方案2.1 多載波系統(tǒng)概述 通信系統(tǒng)主要分為單載波系統(tǒng)和多載波系統(tǒng)，我們目前主要使用的都是多載波傳輸系統(tǒng)，因為其相較于單載波系統(tǒng)具有明顯優(yōu)勢，接下來我們將對其進行具體介紹。2.1.1 單載波傳輸系統(tǒng)信道g(t)g*(-t)圖2-1 單載波系統(tǒng)基本結構圖2-1顯示的是一個最基礎的單載波系統(tǒng)模型。2.1.2 多載波傳輸系統(tǒng)多載波傳輸把一連串數(shù)據(jù)比特流進行類似于串并轉換的行為之后變成了若干個子比特流，。圖2-2為多載波系統(tǒng)基本結構模型。 圖2-2 多載波系統(tǒng)基本結構多載波技術有多種提法2，如正交頻分復用（OFDM）2、離散多音調制（DMT）和多載波調制（Multi-Carrier Modulation,MCK）。2.2 OFDM系統(tǒng)的介紹和分析2.2.1 OFDM技術介紹正交頻分多路復用2(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)技術是一種特殊的多載波傳輸技術，由于它的特性可以將其視為復用技術的一種。2.2.2 OFDM系統(tǒng)的原理和基本模型OFDM的運行過程是這樣：首先將高速傳輸?shù)囊淮當?shù)據(jù)比特流經(jīng)過串并轉換之后變成了若干個并行的子比特流，串并轉換的目的在于使總體傳輸速率不變而每一路子數(shù)據(jù)流的速率降低。從開始，OFDM的符號可以寫成如下形式： （2-1）OFDM的基本模型如圖2-4所示，其中。 圖2-4 OFDM系統(tǒng)基本模型框圖2.2.3 OFDM系統(tǒng)的優(yōu)缺點OFDM作為3G和4G的一種核心使用技術，必定具有其他技術所不具備的一些優(yōu)點2，當然同時也必定存在有一些問題。 其主要優(yōu)點有：2.2.4 OFDM系統(tǒng)中的同步要求2.3 SIM-OFDM系統(tǒng)的介紹和分析2.3.1 SIM-OFDM 技術介紹2.3.2 SIM-OFDM 原理和基本模型2.3.3 SIM-OFDM的優(yōu)缺點SIM-OFDM由于是OFDM系統(tǒng)的一種改進形式，因此具備OFDM的特點，在本章前一節(jié)已經(jīng)介紹過了，因此這里主要介紹SIM-OFDM相比于OFDM系統(tǒng)具有哪些優(yōu)點和缺點68。2.4 通信系統(tǒng)性能指標通信系統(tǒng)的性能指標9是衡量一個通信系統(tǒng)好壞的標準，它涉及到系統(tǒng)的許多方面，包括有效性、可靠性、標準性、經(jīng)濟性、魯棒性和實用性等等。2.4.1 有效性有效性通常是指在單位時間傳輸數(shù)據(jù)量的多少，即所謂的傳輸速率，單位是比特每秒。2.4.2 可靠性可靠性是指系統(tǒng)的接收信息和發(fā)送信息的相似性高不高。2.4.3 有效性和可靠性的關系2.4.4 誤碼率分析2.5 本章小結本章主要介紹了一些基礎模型和背景知識。第三章SIM-OFDM系統(tǒng)中的誤碼率分析通信系統(tǒng)的性能指標是衡量一個通信系統(tǒng)好壞的標準，我們所做的所有和通信有關的工作基本上都是為了讓通信系統(tǒng)具有更優(yōu)的性能，其中最重要的是可靠性和有效性。這里我們主要通過對SIM-OFDM系統(tǒng)的有效性進行分析，衡量標準選擇為誤碼率。3.1 SIM-OFDM系統(tǒng)誤碼率分析SIM-OFDM系統(tǒng)由于索引比特也要傳遞信息，所以索引比特錯誤也會導致傳輸?shù)恼{制符號發(fā)生錯誤，因此其誤碼率的分析和傳統(tǒng)OFDM系統(tǒng)有所不同，下面我們將使用幾種不同的方法對SIM-OFDM系統(tǒng)的誤碼率進行分析。3.1.1 能量判決方法能量判決是根據(jù)接收信號間的能量對比來判定激活子載波位置，3.1.2 聯(lián)合界方法我們用聯(lián)合界10的方法來對SIM-OFDM系統(tǒng)的誤碼率進行分析。我們假設頻域的信道系數(shù)可以表示為：,其中N(0，1)。為離散傅里葉變換（DFT）矩陣，N（0,1）表示服從標準正態(tài)分布，即均值為零，方差為1的正態(tài)分布。的相關矩陣為： （3-4）其中。3.1.3 UPPER BOUND 方法由于聯(lián)合界方法在高階下沒有很緊的界，因此我們提出了UPPER BOUND12的推導方法。3.1.4 基于最大似然檢測的誤碼率分析上述方法或多或少的存在一些局限性和缺點，因此我們希望將上述方法進行一些改進，以便獲得更準確的誤碼率表達式。3.2 仿真結果及分析 在本章和第四章我們使用的SIM-OFDM系統(tǒng)模型都是一樣的，均為2選1的SIM-OFDM系統(tǒng)，選擇的子載波數(shù)目為1024，循環(huán)前綴長度為256。我們使用的是EVA車載信道模型，車速為56km/h，信道的最大時延為2.51ms。3.2.1 能量判決方法仿真我們使用能量再分配策略，沒有加交織，在瑞利衰落信道下將對SIM-OFDM系統(tǒng)和OFDM系統(tǒng)在不同的調制方式下的性能進行比較。這里我們使用能量判決方法，因此需要進行均衡。如圖3-1，圖3-2和圖3-3所示，SIM-OFDM系統(tǒng)在誤碼率性能方面相較于傳統(tǒng)的OFDM系統(tǒng)有一定的優(yōu)勢。圖3-1 能量判決下BPSK的OFDM與SIM的誤碼率性能比較圖3-2 能量判決下QPSK的OFDM與SIM的誤碼率性能比較圖3-3 能量判決下16-QAM的OFDM與SIM的誤碼率性能比較3.2.2 聯(lián)合界方法仿真聯(lián)合界方法可以根據(jù)信道的相關性直接改變信道相關矩陣以獲得相應信道條件下的誤碼率表達式，因此較為簡單靈活。3.2.3 UPPER BOUND 方法仿真我們使用能量再分配策略，沒有加交織，在瑞利衰落信道下將對SIM-OFDM系統(tǒng)在不同的調制方式下進行仿真，使用最大似然判決，因此不需要進行均衡。3.2.4 基于最大似然算法的誤碼率分析仿真我們使用能量再分配策略，沒有加交織，在加性高斯白噪聲信道下和瑞利衰落信道下將對SIM-OFDM系統(tǒng)在BPSK調制方式下進行仿真，使用最大似然判決，因此不需要進行均衡。3.3 本章小結 本章通過介紹通信系統(tǒng)性能指標引出對誤碼率的理論分析，之后又通過對能量判決的方法證明了其和最大似然（ML）方法的等效性。第四章 SIM-OFDM系統(tǒng)的載波頻率偏移的概念及分析第四章 SIM-OFDM系統(tǒng)的載波頻率偏移的概念及分析4.1 載波頻率偏移下的OFDM系統(tǒng)我們都知道，OFDM系統(tǒng)將一串數(shù)據(jù)比特流通過串并轉換之后將其分別調制到N個正交的子載波上，因此我們希望通過對ICI進行研究、分析和處理，并在此基礎上研究頻率偏移對通信系統(tǒng)的誤碼率性能的影響。4.1.1 OFDM系統(tǒng)的頻偏模型發(fā)射機和接收機之間的載波頻率偏移（CFO）將會導致接收信號在頻域上發(fā)生偏移，從而使得各個子載波之間正交性被破壞，系統(tǒng)的誤碼率性能將會急劇變差。4.1.2 OFDM系統(tǒng)有頻偏的誤碼率分析在對有載波頻率偏移（CFO）的OFDM系統(tǒng)的模型有了基本的數(shù)學分析之后，我們來對OFDM系統(tǒng)進行誤碼率的性能分析。4.2 載波頻率偏移下的SIM-OFDM系統(tǒng)SIM-OFDM系統(tǒng)作為OFDM系統(tǒng)的一種改進形式，雖然傳輸形式和OFDM系統(tǒng)有一些不同，然而載波頻率偏移（CFO）的出現(xiàn)依然會導致原本互相正交的子載波不再正交，4.2.1 SIM-OFDM系統(tǒng)的頻偏模型這里我們僅僅考慮BPSK調制下的AWGN信道的誤碼率分析，使用的系統(tǒng)依然是2選1的SIM-OFDM系統(tǒng)。4.2.2 頻偏對SIM-OFDM系統(tǒng)的誤碼率分析4.3 仿真結果及分析4.3.1 頻偏下的OFDM系統(tǒng)4.3.2 頻偏下的SIM-OFDM系統(tǒng)4.3.3頻偏下的SIM-OFDM與OFDM系統(tǒng)對比4.4 本章小結 第五章 結束語第五章 結束語5.1本文內容本文主要討論了OFDM系統(tǒng)的一種改進形式SIM-OFDM系統(tǒng)。我們先介紹了OFDM系統(tǒng)，并在此基礎上引出了SIM-OFDM系統(tǒng)，介紹了SIM-OFDM系統(tǒng)的基本原理和模型。5.2下一步學習工作方向我們這里僅僅是在討論有頻率偏移的情況下僅僅考慮使用BPSK調制方式，二選一的SIM-OFDM系統(tǒng)的誤碼率進行了分析，接下來我們可以考慮調制方式為更高階，并且子載波為N選k的情況下繼續(xù)研究SIM-OFDM系統(tǒng)的誤碼率性能。參考文獻參考文獻1 啜鋼，王文博，常永宇等.移動通信原理與應用M.北京：北京郵電大學出版社，2002.1-132 佟學儉，羅濤等.OFDM移動通信技術原理與應用M.北京：人民郵電出版社,2003年6月.1-213 B. 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