OFDM基本原理及其在通信系統中的應用

　　
　　在接收端，對OFDM符號進(jìn)行解調的過(guò)程中，需要計算這些點(diǎn)上所對應的每個(gè)子載波頻率的最大值，因為在每個(gè)子載波頻率最大值處，所有其他子載波的頻譜值恰好為0（圖4為6個(gè)子載波的情況），所以可以從多個(gè)相互重疊的子信道符號中提取每一個(gè)子信道符號，而不會(huì )受到其他子信道的干擾（假設有精確的同步）。

2.2 循環(huán)擴展

　　因為每個(gè)OFDM符號中都包括所有的非零子載波信號，而且也同時(shí)出現該OFDM符號的時(shí)延信 號，所以無(wú)線(xiàn)信道間的符號間會(huì )存在干擾，如圖5所示。

　在系統帶寬和數據傳輸速率給定的情況下，OFDM信號的符號速率遠遠低于單載波的傳輸模式，正因為這種低符號速率使OFDM系統可以自然抵抗多徑傳播導致ISI，另外，通過(guò)在每個(gè)符號的起始位置增加保護間隔可以進(jìn)一步抵制ISI，還可以減少在接收端的定時(shí)偏移錯誤，如圖6所示。

2.3 OFDM系統

　　圖7為傳統的OFDM發(fā)射接收系統。發(fā)送端將被傳輸的數字信號轉換成子載波幅度和相位的映射，并進(jìn)行離散傅里葉反變換（IDFT）將數據的頻譜表達式變到時(shí)域上，接收端進(jìn)行與發(fā)送端相反的操作，子載波的幅度和相位被采集出來(lái)并轉換回數字信號。

2.4 OFDM的缺點(diǎn)

　　(1) OFDM對系統定時(shí)和頻率偏移敏感

　　定時(shí)偏差會(huì )引起子載波相位的旋轉，如圖8所示，而且相位旋轉角度與子載波的頻率有關(guān)，頻率越高，旋轉角度越大，如果定時(shí)的偏移量與最大時(shí)延擴展的長(cháng)度之和仍小于循環(huán)前綴的長(cháng)度，此時(shí)子載波之間的正交性仍然成立，沒(méi)有ISI和ICI（信道間干擾），對解調出來(lái)的數據信息符號的影響只是一個(gè)相位的旋轉。如果定時(shí)的偏移量與最大時(shí)延擴展的長(cháng)度之和大于循環(huán)前綴的長(cháng)度，這時(shí)一部分數據信息丟失了，而且最為嚴重的是子載波之間的正交性破壞了，由此帶來(lái)了ISI和ICI，這是影響系統性能的關(guān)鍵問(wèn)題之一。

　　頻率偏差是由收發(fā)設備的本地載頻之間的偏差、信道的多普勒頻移等引起的，由子載波間 隔的整數倍和子載波間隔的小數倍偏移構成。子載波間隔整數倍不會(huì )引起ICI，但是解調出來(lái)的信息符號的錯誤率為50％，子載波間隔的小數倍的偏移由于抽樣點(diǎn)不在頂點(diǎn)，如圖9所示，破壞了子載波之間的正交性由此引起了ICI。

　　(2)存在較高的峰值平均功率比

　　多載波系統的輸出是多個(gè)子信道信號的疊加，因此如果多個(gè)信號相位一致時(shí)，所得的疊加信號的瞬時(shí)功率會(huì )遠遠高于信號的平均功率，如圖10所示。因此可能帶來(lái)信號畸變，使信號的頻譜發(fā)生變化，子信道間正交性遭到破壞，產(chǎn)生干擾。

3結語(yǔ)

　　OFDM技術(shù)以其抗多徑衰落、高的頻譜利用率等諸多優(yōu)勢成為人們研究的熱點(diǎn)，并有希望成 為第4代移動(dòng)通信的關(guān)鍵技術(shù)。但OFDM存在兩個(gè)致命缺點(diǎn)成為OFDM應用于移動(dòng)通信的障礙，目前，許多科研工作者正致力于此，OFDM技術(shù)也正逐步成熟起來(lái)。