OFDM系统仿真与分析

护间隔内(持续时间用Tg表示)的信号称为循环前缀(CyclicPrefix，CP)。在实际系统中，当OFDM符号送入信道之前，首先要加入循环前缀，然后进入信道进行传送。在接收端，首先将接收符号开始的宽度为Tg的部分丢弃，然后将剩余的宽度为T的部分进行傅里叶变换，再进行解调。在OFDM符号内加入循环前缀可以保证在一个FFT周期内，OFDM符号的时延副本内所包含的波形周期个数也是整数，这样，时延小于保护间隔Tg的时延信号就不会在解调过程中产生信道间干扰ICI。

　　2.2 OFDM基本参数的选择

　　各种OFDM参数的选择就是需要在多项要求冲突中进行折衷考虑。通常来讲(如前所述)，首先要确定三个参数：带宽、比特率以及保护间隔。按照惯例，保护间隔的时间长度应该为应用移动环境信道下时延均方根值的2～4倍。

　　一旦确定了保护间隔，则OFDM符号周期长度就可以确定。为了最大限度地减少由于插入保护间隔所带来的信噪比损失，希望OFDM符号周期长度要远远大于保护间隔长度。但是符号周期长度又不可能任意大，否则OFDM系统中包括更多的子载波数，从而导致子载波间隔相应减少，系统实现的复杂度增加，而且还加大了系统的峰值平均功率比，同时使系统对频率偏差更加敏感。因此在实际应用中，一般选择符号周期是保护间隔长度的5倍，这样由于插入保护比特所造成的信噪比损耗只有1 dB左右。

　　在确定了符号周期和保护间隔之后，子载波的数量可以直接利用-3 dB带宽除以子载波间隔(即去掉保护间隔后的符号周期的倒数)得到或者可以利用所要求的比特速率除以每个子信道的比特速率来确定子载波的数量。每个信道中所传输的比特速率可以由调制类型、编码速率和符号速率来确定。

　　(1)有用符号持续时间

　　有用符号持续时间T对子载波之间间隔和译码的等待周期都有影响，为了保持数据的吞吐量，子载波数目和FFT的长度要有相对较大的数量，这样就导致了有用符号持续时间的增大。在实际应用中，载波的偏移和相位的稳定性会影响两个载波之间间隔的大小，如果为移动着的接收机，则载波间隔必须足够大，这样才能忽略多普勒频移。总之，选择有用符号的持续时间，必须以保证信道的稳定为前提。

　　(2)子载波数

　　子载波数目越多，有用信号越平坦，带外衰减也快，越接近矩形，越符合通信要求，但子载波数目不能过多，越接近矩形的结果对接收端的滤波器要求越高(只有理想滤波器才能过滤，否则就造成交调干扰)。因此在子载波数目的选择上要综合考虑传递信息的有效性和可行性。

　　子载波数可以由信道带宽、数据吞吐量和有用符号持续时间T所决定：

　　N=1/T

　　子载波数可以被设置为有用符号持续时间的倒数，其数值与FFT处理过的数据点相对应。

　　(3)调制模式

　　可以通过改变发射的射频信号幅度、相位和频率来调制信号。对于OFDM系统来说，只能采用前两种调制方法，而不能采用频率调制的方法，这是因为子载波是频率正交，而且携带独立的信息，调制子载波频率会破坏这些子载波的正交特性，这是频率调制不能在OFDM系统中采用的原因。

　　短波通信中可以采用MPSK，MQAM的调制方式。正交幅度调制要改变载波的幅度和相位，他是ASK和PAK的结合。矩形QAM信号星座具有容易产生的独特优点。此外，它们也相对容易解调。矩形QAM包括4QAM，16QAM以及64QAM等，因此每个星座点分别所对应的比特数量为2，4，6。采用这种调制方法的步长必须为2，而利用MPSK调制可传输任意比特数量如1，2，3，分别对应2PSK，4PSK以及8PSK，并且MPSK调制的另一个好处就是该调制方案是等能量调制，不会由于星座点的能量不等而为OFDM系统带来PAPR较大的问题。

　　3系统仿真结果

　　根据OFDM的基本原理，利用Matlab编写的系统仿真程序，仿真参数设置为：每信噪比条件下传输1 000个OFDM符号，共有64个子波，FFT／IFKT点数为64，循环前缀长度为3μs，基带调制模块选择为MPSK或者MQAM方式，多普勒频移为200 Hz，通过小尺度衰落信道模型进行仿真。在上述前提条件下，仿真结果如下：

　　3.1 BPSK和QPSK仿真结果与分析

　　由图3，图4误码率曲线图可以看出，在只有高斯白噪声的情况下，BPSK和QPSK两种调制方式下，随着信噪比的不断增大，误码率在不断地减小，而且输入信号的信噪比越大，影响越明显。究其原因，主要是随着信噪比的增加，噪声功率有所下降，因而误码率也随之下降。

由图3，图4中还可以看到，由于多径传输引起频率选择性衰落的存在，在BPSK和QPSK中对误码率产生了比较大的影响，严重地影响了系统的性能。尤其是在QPSK中，影响更为突出，更为明显