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
16QAM调制后星座图43210-1-2-3-4-4-3-2-101234循环前后缀不叠加的OFDM Time Signal0.5Amplitude (volts)0-0.50100020003000400050006000Time (samples)循环前后缀叠加的OFDM Time Signal700080000.5Amplitude (volts)0-0.5010002000300040005000Time (samples)600070008000
加窗的发送信号频谱20100Magnitude (dB)-10-20-30-4000.050.10.150.20.250.30.35Normalized Frequency (0.5 = fs/2)0.40.450.5极坐标下的接收信号的星座图90120 4150 230 6601800210330240270300
XY坐标接收信号的星座图43210-1-2-3-4-4-3-2-101234
输出待调制的二进制比特流10.80.60.40.200102030405060708090100接收解调后的二进制比特流10.500102030405060708090100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。
OFDM系统原理及仿真实现
