OFDM基本原理及其在通信系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　
　　在接收端，對(duì)OFDM符號(hào)進(jìn)行解調(diào)的過程中，需要計(jì)算這些點(diǎn)上所對(duì)應(yīng)的每個(gè)子載波頻率的最大值，因?yàn)樵诿總€(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(hào)中提取每一個(gè)子信道符號(hào)，而不會(huì)受到其他子信道的干擾（假設(shè)有精確的同步）。

2.2 循環(huán)擴(kuò)展

　　因?yàn)槊總€(gè)OFDM符號(hào)中都包括所有的非零子載波信號(hào)，而且也同時(shí)出現(xiàn)該OFDM符號(hào)的時(shí)延信 號(hào)，所以無線信道間的符號(hào)間會(huì)存在干擾，如圖5所示。

　在系統(tǒng)帶寬和數(shù)據(jù)傳輸速率給定的情況下，OFDM信號(hào)的符號(hào)速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于單載波的傳輸模式，正因?yàn)檫@種低符號(hào)速率使OFDM系統(tǒng)可以自然抵抗多徑傳播導(dǎo)致ISI，另外，通過在每個(gè)符號(hào)的起始位置增加保護(hù)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(cuò)誤，如圖6所示。

2.3 OFDM系統(tǒng)

　　圖7為傳統(tǒng)的OFDM發(fā)射接收系統(tǒng)。發(fā)送端將被傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)的頻譜表達(dá)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并轉(zhuǎn)換回?cái)?shù)字信號(hào)。

2.4 OFDM的缺點(diǎn)

　　(1) OFDM對(duì)系統(tǒng)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(zhuǎn)，如圖8所示，而且相位旋轉(zhuǎn)角度與子載波的頻率有關(guān)，頻率越高，旋轉(zhuǎn)角度越大，如果定時(shí)的偏移量與最大時(shí)延擴(kuò)展的長(zhǎng)度之和仍小于循環(huán)前綴的長(zhǎng)度，此時(shí)子載波之間的正交性仍然成立，沒有ISI和ICI（信道間干擾），對(duì)解調(diào)出來的數(shù)據(jù)信息符號(hào)的影響只是一個(gè)相位的旋轉(zhuǎn)。如果定時(shí)的偏移量與最大時(shí)延擴(kuò)展的長(zhǎng)度之和大于循環(huán)前綴的長(zhǎng)度，這時(shí)一部分?jǐn)?shù)據(jù)信息丟失了，而且最為嚴(yán)重的是子載波之間的正交性破壞了，由此帶來了ISI和ICI，這是影響系統(tǒng)性能的關(guān)鍵問題之一。

　　頻率偏差是由收發(fā)設(shè)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(shù)倍和子載波間隔的小數(shù)倍偏移構(gòu)成。子載波間隔整數(shù)倍不會(huì)引起ICI，但是解調(diào)出來的信息符號(hào)的錯(cuò)誤率為50％，子載波間隔的小數(shù)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(tǒng)的輸出是多個(gè)子信道信號(hào)的疊加，因此如果多個(gè)信號(hào)相位一致時(shí)，所得的疊加信號(hào)的瞬時(shí)功率會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于信號(hào)的平均功率，如圖10所示。因此可能帶來信號(hào)畸變，使信號(hào)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(jié)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(shì)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(yīng)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。