1、OFDM系统原理及仿真实现 一、 OFDM 系统原理 实际上 OFDM 是 MCM Multi-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间相互干扰 ISI。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
2、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
3、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
4、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 。 在 OFDM 系统的发射端加入保护间隔，主要是为了消除多径所造成的 ISI。其方法是在 OFDM 符号保护间隔内填入循环前缀，以保证在 FFT 周期内 OFDM 符号的时延副本内包含的波形周期个数也是整数。这样，时延小于保护间隔的信号就不会在解调过程中产生 ISI。 由于 OFDM 技术有较强的抗 ISI 能力以及高频谱效率， 2001年开始应用于光通信中，相当多的研究表明了该技术在光通信中的可行性。 二、 OFDM 系统原理仿真实现 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4-4-3
5、-2-1012341 6 Q A M 调制后星座图0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000- 0 . 500 . 5Amplitude(volts)T i m e ( s a m p l e s )循环前后缀不叠加的 O F D M T i m e S i g n a l0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000- 0 . 500 . 5Amplitude(volts)T i m e ( s a m p l e s )循环前后缀叠加的 O F D M T i m e S i g n a l0 0 . 0 5 0
6、. 1 0 . 1 5 0 . 2 0 . 2 5 0 . 3 0 . 3 5 0 . 4 0 . 4 5 0 . 5- 4 0- 3 0- 2 0- 1 001020Magnitude(dB)N o r m a l i z e d F r e q u e n c y ( 0 . 5 = f s / 2 )加窗的发送信号频谱246302106024090270120300150330180 0极坐标下的接收信号的星座图-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4-4-3-2-101234XY 坐标接收信号的星座图0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 10000 . 20 .
7、40 . 60 . 81输出待调制的二进制比特流0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 10000 . 51接收解调后的二进制比特流误码率 bit_error_count =11 ber =0.0011 三、结论 在频率选择性信道传输环境中采用 OFDM 作为一种调制方式 ,可以把频率选择性信道变成平稳衰落信道 ,从而获得高的误码率性能 ,提高传输质量。本文在Simulink 下对 OFDM 系统进行了建模 ,并在两径和六径衰落信道下进行了仿真 ,通过仿真论证了 OFDM 系统抗多径干扰的性能。实际中无线信道的种类很多 ,但就本质来说 ,只不过是路径时延的范围不同而已 ,因此这个仿真同时也可以为实际中如何进一步优化系统参数来增强抗干扰能力提供一个依据 ,并缩短产品的开发周期。同时在仿真过程中提到的仿真方法也可以给从事仿真者提供一个很好 的实例。
