移动通信原理
（3.10）
3.2 OFDM系统组成
图3-4为传统的OFDM发射接收系统。发送端将被传输的数字信号转换成子载波幅度和相位的映射，并进行离散傅里叶反变换（IDFT）将数据的频谱表达式变到时域上，接收端进行与发送端相反的操作，将射频（RF,Radio Frequency）信号与基带信号进行频混处理，并用FFT变换分解频域信号，子载波的幅度和相位被采集出来并转换回数字信号。IFFT和FFT互为反变换，选择适当的变换将信号接收或发送。当信号独立于系统时，FFT变换和IFFT变换可以被交替使用。
子载波的幅度和相位被采集出来并转换回数字信号。IFFT的变换与IDFT变换的作用相同，只是有更高的计算效率，所以适用于所有的应用系统。
[3]
(a) OFDM发射模块
(b) OFDM接收模块 图 3-4OFDM发射接收系统
OFDM信号的发送过程需要经过下面几个步骤：
（1）编码：在基于OFDM调制技术的系统中，编码采用Reed-Solomon码、卷积纠错码、维特比码或TURBO码。
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（2）交织：交织器用于降低在数据信道中的突发错误，交织后的数据通过一个串并行转换器，将IQ映射到一个相应的星座图上。在这里I代表同相信号，Q代表正交信号。 （3）数字调制：在OFDM方式中，采用星座图将符号映射到相应的星座点上。星座映射是指将输入的串行数据，先做一次调制，再经由FFT分布到各个子信道上去。调制的方式可以有许多种，包括BPSK、QPSK、QAM等。
（4）插入导频：为了能够使接收稳定，在每48个子载波中插入4个导频信息。 （5）串并转换：使串行输入的信号以并行的方式输出到M条线路上。这M条线路上的任何一条上的数据传输速率则为R/M码字/秒。
（6）快速傅立叶逆变换：快速傅立叶逆变换可以把频域离散的数据转化为时域离散的数据。由此，用户的原始输入数据就被OFDM按照频域数据进行了处理。
（7）并串转换：用于将并行数据转换为串行数据。
（8）插入循环前缀并加窗：OFDM调制中还有一个必不可少的步骤是插入循环前缀。尽管OFDM通过串并变换已经将数据分散到了n个子载波，速率已经降低到了n分之一，但是为了最大限度地消除符号间的干扰（ISI），还需要在每个OFDM符号之间插入保护前缀，这样做可以更好地对抗多径效率产生的时间延迟的影响。
接收器完成与发送器相反的操作。接收器收到的信号是时域信号。由于无线信道的影响发生了一定的变化，首先要通过训练序列定时和频率偏移进行估计，同时将符号的定时信息传送到去循环前缀功能模块，在这里训练序列和导频信息主要是用来信道纠错。然后将信号经过一个串行一并行的转换器，并且把循环前缀清除掉。清除循环前缀并没有删掉任何信息，循环前缀中的信息是冗余的，使用循环前缀是为了保证前面提到的卷积特性的成立。总体来说整个接收过程需要经过下面几个步骤：定时和频率同步、去循环前缀、串并转换、快速傅里叶变换、并串转换、信道校正、数字解调、去交织和解调。
3.OFDM系统仿真结果及分析
通过使用MATLAB语言编写程序[5]，进行仿真，得到仿真曲线图3.1、图3.2、图3.3。
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100 AWGNAWGN + 2 pathAWGN + 3 path10-110-2Bit Error Rate10-310-410-510-610 0-724681012SNR in dB14161820
图3.1 高斯信道和多径信道下的系统误码率曲线
图3.1给出高斯信道下和多径衰落信道下系统的误码率曲线，该曲线表明OFDM系统仿真过程正确，在多径信道环境下，系统的性能急剧恶化。
[6]
100 no CPCP10-110-2Bit Error Rate10-310-410-510 0-651015SNR in dB202530
图3.2 多径衰落信道下CP对误码率影响曲线
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图3.2给出了多径衰落信道下添加CP与为添加CP的系统误码率曲线，该曲线表明添加CP可以有效提高系统抗多径衰落干扰。在信噪比较低的情况下，添加CP对系统性能影响不大，原因可能是信噪比较低时，系统的干扰主要是高斯白噪声干扰，当信噪比提高后，系统干扰转变为多径衰落干扰为主，因此添加CP对系统性能改善明显。
010 without equilizerwith equlizer10-1Bit Error Rate10-210-310-410 0-524681012SNR in dB14161820
图3.3 多径衰落信道下均衡对误码率影响曲线
图3.3给出了多径衰落信道下有无添加均衡对系统误码率的影响曲线，该曲线表明使用均衡可以进一步提高系统性能，但改善有限。原因可能是因为我们使用的训练序列是随机序列，均衡方法为LMS，使用其它训练序列和均衡方法后，可能可以进一步改善系统性能。
4.结论
本文对OFDM系统进行仿真研究，用MATLAB语言编写了OFDM系统发送、信道和接收整个系统，在系统仿真正确的前提下，对CP、均衡等改善系统性能的方法进行仿真验证，得到预期结果。虽然OFDM系统有很多特有的优点，但由于其特殊的结构，使得该系统也存在一些缺点。一是高峰均功率比给信号带来畸变，使叠加信号的频谱发生变化，从而导致各个子信道信号之间的正交性遭到破坏，产生相互干扰，使系统性能恶化；二是OFDM系统对定时和频率偏移敏感。当OFDM接收到的信号具有载波频率偏移时，载波频率偏移会引起子载波间干扰 ( ICI)，降低子信道之间的正交性，从而降低整个系统的性能。由于无线信道传播环境比较恶劣，地理环境复杂和多样，用户移动的随机性和多径传播等现象的存在，会对通过信道传输的OFDM信号产生影响，使信号幅度发生衰减、频率发生偏移和相位发生旋转，破坏信号的正交性，产生符号间干扰ISI和ICI。尽管OFDM、多载波技术已不是一项新技术，但是将OFDM应用于新一代的无线宽带移动通信系统，尤其是OFDM、多载波作为一项核心技术和其他先进的发送和接收技术的结合，仍待研究。
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参考文献：
[1]张啸，浅谈OFDM技术,中国新通信[J] 2012.6
[2]尹长川，等编，多载波宽带无线通信技术[M]，北京邮电大学出版社，2004 [3] 王文播，等，宽带无线通信OFDM技术[M]，人民邮电出版社，2003
[4]吕爱琴，等，基于MATLAB的OFDM系统仿真及性能分析[A]，计算机仿真，2005，10－0164－05
[5]尹泽明，等，精通MATLAB6[M]，清华大学出版社，2002 [6]李强，明艳,OFDM系统仿真与性能分析[J],数字通信2009-03
