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OFDM技术 系统的通信能力实际上受制于信道的传播特性。对于高速数据业务，发送符号的周期可以与时延扩展相比拟，甚至小于时延扩展，此时将引入严重的码间干扰，导致系统性能的急剧下降。 信道均衡是经典的抗码间干扰技术，在许多移动通信系统中都采用了均衡技术消除码间干扰。但是如果数据速率非常高，采用单载波传输数据，往往要设计几十甚至上百个抽头的均衡器，这不啻是硬件设计的噩梦。 OFDM系统既可以维持发送符号周期远远大于多径时延，又能够支持高速的数据业务，并且不需要复杂的信道均衡。 §10.1 OFDM基本原理 OFDM的基本原理是将高速的数据流分解为多路并行的低速数据流，在多个载波上同时进行传输。对于低速并行的子载波而言，由于符号周期展宽，多径效应造成的时延扩展相对变小。当每个OFDM符号中插入一定的保护时间后，码间干扰几乎就可以忽略。 OFDM系统设计关键参数 ： 1、子载波的数目 2、保护时间 3、符号周期 4、载波间隔 5、载波的调制方式 6、前向纠错编码的选择 10.1.1 OFDM信号的生成 OFDM符号通带信号可以表示为： OFDM信号的基带形式为： 由于子载波的正交特性，可以采用一路子载波信号进行解调，从而提取出这一路的数据。例如对第 路子载波进行解调可以得到(具体参照课本)： 子载波数目 时，承载的数据为 ，四个载波独立的波形和迭加后的信号 虽然四个子载波的幅度范围恒为 ，但迭加之后的OFDM符号的幅度范围却变化很大，这也就是OFDM系统具有高峰均比的现象。 由于OFDM子载波之间满足正交性，因此可以采用离散傅立叶变换(DFT)表示信号。直接进行IDFT/DFT变换，算法复杂度为 ，计算量非常大，但如果采用IFFT/FFT来实现，则算法复杂度降低为 (基2算法)，极大降低 了OFDM系统的实现难度。 OFDM符号频谱结构 OFDM系统满足Nyquist无码间干扰准则。但此时的符号成型不象通常的系统，不是在时域进行脉冲成型，而是在频域实现的。因此时频对偶关系，通常系统中的码间干扰(ISI)变成了OFDM系统中的子载波间干扰(ICI)。为了消除ICI，要求OFDM系统在频域采样点无失真。 10.1.2 保护时间和循环前缀 多径衰落信道 ： OFDM接收机收到的信号为： 对第 路子载波进行解调可以得到： 第 个子载波的解调信号中包括了有用信号、噪声信号以及码间干扰。其中输出噪声的方差是 多径效应造成的码间干扰 (ICI)为： 为了消除码间干扰，需要在OFDM的每个符号中插入保护时间，只要保护时间大于多径时延扩展，则一个符号的多径分量不会干扰相邻符号。保护时间内可以完全不发送信号。但此时由于多径效应的影响，子载波可能不能保持相互正交，从而引入了子载波间干扰。 保护时间内发送全零信号由于多径效应造成的子载波间干扰(ICI) 当OFDM接收机解调子载波1的信号时，会引入子载波2对它的干扰，同理亦然。这主要是由于在FFT积分时间内两个子载波的周期不再是整倍数，从而不能保证正交性。 为了减小ICI，OFDM符号可以在保护时间内发送循环扩展信号，称为循环前缀(CP)。循环前缀是将OFDM符号尾部的信号搬移到头部构成的。这样可以保证有时延的OFDM信号在FFT积分周期内总是具有整倍数周期。因此只要多径延时小于保护时间，就不会造成载波间干扰。 OFDM符号的循环前缀结构 两径信道中OFDM符号的传输 图中的保护时间大于多径时延，因此第二条径的相位跳变点正好位于保护时间内，因此接收机收到的是满足正交特性的多载波信号，不会造成性能损失。如果保护时间小于多径时延，则相位跳变点位于积分时间内，则多载波信号不再保持正交性，从而会引入子载波干扰。 10.2.3 加窗技术 未加窗的OFDM功率谱 图中可以看到在符号边界有尖锐的相位跳变。由此可知，OFDMA的带外衰减是比较慢的。随着载波数目增大，OFDM信号的带外衰减也增加了。 为了使OFDM信号的带外衰减更快，可以采用对单个OFDM符号加窗的办法。OFDM的窗函数可以使信号的幅度在符号边界更平滑的过渡到0。 常用的窗函数是升余弦滚降窗，定义如下： OFDM加窗后的时序结构 OFDM加窗的处理过程如下：首先 个QAM符号添0得到个符号进行IFFT运算。然后将IFFT输出的尾部的 个样值插入OFDM符号的头部，将OFDMA符号头部的 个