1 引言

　　OFDM是一種特殊的多載波調制技術，它利用載波間的正交性進一步提高頻譜利用率，且可抗窄帶干擾和多徑衰落。OFDM技術的基本原理雖早已提出，但當時的器件水平限制了其應用。近幾年隨著技術和器件水平的發展，以及對高速和可靠傳輸的要求，OFDM技術的應用越來越廣泛。像歐洲的DAB，DVB-T，HiperLAN-Ⅱ，日本的ISDB-T，國際上的802．11a，AD-SL，VDSL等標準都采用了OFDM技術，在無線寬帶接人以及第4代移動通信中，OFDM技術都將成為繼CDMA技術之后的又一核心技術。

　　OFDM通過多個正交的子載波將串行的數據并行傳輸，可以增大碼元的寬度，減少單個碼元占用的頻帶，抵抗多徑引起的頻率選擇性衰落，可以有效克服碼間串擾(1S"，降低系統對均衡技術的要求，適用于多徑環境和衰落信道中的高速數據傳輸，而且信道利用率很高，這一點在頻譜資源有限的無線環境中尤為重要。目前，OFDM技術都可以通過FFY技術實現，所以簡化了系統的結構。但OFDM技術同時也存在缺陷，首先是對頻率偏移敏感，對同步技術的要求較高，其次，OFDM信號的峰均功率比大，對系統中的非線性敏感，需采用特殊技術以降低峰均功率比。

　　OFDM技術在實現的過程中，需要根據相應的信道條件和系統要求進行合理設計，才能發揮其優勢。系統的參數選擇，導頻和同步方案的設計，均衡和編碼技術的結合使用，都需要在實現之前進行優化設計。結合筆者的工作，通過對OFDM關鍵技術的分析研究，提出OFDM系統仿真的基本框架。

　　2 0FDM的基本原理

　　OFDM的基本思想是將串行的數據并行地調制在多個正交的子載波上，這樣可降低每個子載波的碼元速率，增大碼元的符號周期，提高系統的抗衰落和干擾的能力，同時由于每個子載波的正交性，頻譜的利用率大大提高，所以非常適合衰落移動場合中的高速傳輸。

　　OFDM傳輸系統的基本原理框圖如圖1所示。

?

　　以下結合OFDM傳輸系統中的關鍵環節，對其實現中的關鍵技術進行分析研究，可進一步得出仿真過程中需要注意的問題，從而給出一個基本的仿真框架。

　　3 0FDM實現的關鍵技術

　　3.1 保護間隔(循環前綴／后綴)

　　在無線衰落信道中，多徑的影響導致接收信號產生時延擴展，因此一個碼元的波形可能擴展到其它碼元的周期中，引起碼間串擾(1S1)，這也是導致傳輸性能下降的主要原因。為避免ISI，應使碼元周期大于多徑效應引起的時延擴展，實際中應大于最大多徑時延。

　　OFDM系統中，通過降低碼元速率使得ISI的影響降低，同時可以在每個OFDM符號之間加人保護間隔，進一步消除殘留的ISI，目前比較有效的方式是插入循環擴展(前綴和后綴，有時可以只插人循環前綴)，循環擴展的長度取決于信道的時延擴展，同時循環擴展還有一個更重要的作用，即可以實現系統的同步。循環擴展的示意圖如圖2所示。

?

　　圖2中，Tofdm硼為擴展后的OFDM符號時間；r，為OFDM符號幀時間，即FFT的間隔；Tprefix為循環前綴的長度；Tpostfix為循環后綴的長度；TG=Tprefix+Tpostfix為保護間隔時間；了為系統的碼元周期。其中Ts=NT。

　　此處通過使用長度為／V的窗函數[RN(n)]，可更好地控制傳輸信號頻譜，降低頻偏影響，減少同步難度。

　　3.2 同步技術

　　在OFDM系統中，由于碼元寬度相對較寬，所以系統對定時偏移不是很敏感，ISI得到了很好的抑制。但由于子載波的間隔小，所以對頻率偏移比較敏感，相位噪聲對系統也有很大的損害。

　　定時偏移，或者說包絡的延遲失真，并不破壞子載波的正交性，定時相位偏移引起的只是所有子載波的旋轉，合適的信道估計可以有效地消除這些影響。抽樣頻率的誤差會產生時變的定時偏移，導致時變的相位變化，也會引入少量的載波間干擾(ICI)，實際中由于定時偏移引入的ICI非常小，Es／No為20dB時，也只有0．01dB左右。

　　相位噪聲有兩個基本的影響，其一是對所有的子載波引入了一個隨機相位變量，跟蹤技術和差分檢測可以用來降低共同相位誤差的影響，其次也會引人一定量的ICI，因為相位誤差導致子載波的間隔不再是精確的1／T了。

　　頻率偏移在OFDM系統中是比較有害的，它將導致ICI，破壞子載波的正交性。ISI與ICI是矛盾的，一個減少，另一個會增大，由于在系統設計時，可以容忍一定量的ISI，所以，可盡量減少ICI，以便降低系統同步實現的難度，殘留的ISI可以通過簡單的均衡消除。頻率偏移導致FFT的間隔周期不再是一個整數，所以變換后會產生ICI。由資料可知，OFDM技術可接受的最大頻偏與信道信噪比及有效信噪比之差有關，通常頻率精度必須達到頻率間隔的1％-2％。

　　OFDM系統中主要涉及的同步有碼元同步，載波同步和采樣頻率同步。同步分為幾個過程：粗定時恢復／分組／時隙／幀同步，粗頻偏估計／校正，精頻率校正(F1T以后做)，精定時校正(F叮以后做)。

　　由于同步是OFDM技術中的一個難點，因此，很多人也提出了很多OFDM同步算法，主要是針對循環擴展和特殊的訓練序列以及導頻信號來進行，其中較常用的有利用奇異值分解的ESPRIT同步算法和ML估計算法，其中ESPRIT算法雖然估計精度高，但計算復雜，計算量大，而ML算法利用OFDM信號的循環前綴，可以有效地對OFDM信號進行頻偏和時偏的聯合估計，而且與ESPRIT算法相比，其計算量要小得多。

　　OFDM技術的同步算法研究的比較多，需要根據具體的系統具體設計和研究，利用各種算法融合進行聯合估計才是可行的。

　　OFDM系統對定時頻偏的要求是小于OFDM符號間隔的4％，對頻率偏移的要求大約要小于子載波間隔的1-2％，系統產生的-3dB相位噪聲帶寬大約為子載波間隔的0．01-0．1％。