OFDM技术抗ISI和ICI的性能分析

1、OFDM技术抗ISI和ICI的性能分析        摘要：应用OFDM技术的一个最主要的优点是他可以有效地对抗多径时延扩展。本文详细介绍了OFDM技术的基本原理、实现方法、循环前缀和保护间隔。此外还讨论了OFDM技术的抗符号间干扰和信道间干扰的性能。        关键词：正交频分复用；保护间隔；循环前缀；离散傅里叶变换   Performance AnalysisofCombating ISIand ICIfor OFDM

2、 TechniqueJIANG Xuyong，YAN Biao，LIZhi，LV Hua(Institute of Information Technology，Yangzhou University，Yangzhou，225009，China) Abstract ：The main advantage of OFDM technique is that it can combat multipath delay spread efficientlyThis paperintroduces the basic principle，implementing method，cyclic prefi

3、x and guard time of OFDM techniqueIn addition，theperformances of reducing inter-symbolinterference and inter-channelinterference ofOFDM technique are also discussed Keywords ：OFDM；guard time；cyclic prefix；DFT      正交频分复用(OFDM)技术是一种多载波数字调制技术。他利用载波间的正交性进一步提高频谱利用率，且可抗窄带干扰和多径衰落。

4、采用OFDM技术可有效地处理信道干扰，提高系统的传输速率。OFDM技术的基本原理虽早已提出，但当时的器件水平限制了其应用。现在由于数字信号处理技术和大规模集成电路技术(VLSI)的发展，制约OFDM技术发展的障碍已不存在。他已在xDSL，DAB，HDTV和HFC等系统中得到成功应用。目前对OFDM技术的研究已深入到无线信道的宽带传输。1OFDM的基本原理和实现方法    11OFDM的基本原理OFDM的基本思想是将所要传输的数据流分解成多个比特流，每个子数据流具有低得多的传输比特速率，并且用这些数据流去并行调制多个载波。显然，在多载波调制的子信道中，数据传输速率降

5、低了，符号持续时间加长了，因而对时延扩展有较强的抵抗力，减小了符号间干扰的影响。通常在OFDM符号前加入保护间隔，只要保护间隔大于信道的时延扩展，则可以完全消除符号间干扰。    OFDM由大量在频率上等间隔的子载波构成，各载波可用同一种数字调制方法，如QPSK。原串行的符号序列被分割成长度为N的段，每段内的N个符号分别调制N个子载波。在传统的频分复用系统中，各载波上的信号频谱没有重叠，以便接收机中能用传统的滤波器方法将其分离、提取。这样做的最大缺点是频谱利用率低，造成频谱浪费。OFDM允许子载波频谱部分重叠，只要满足子载波间相互正交则可以从混叠的子载波上分离出数

6、据信息。当载波间最小间隔等于符号周期倒数的整数倍时，可满足正交条件。为了提高频谱效率，一般取最小间隔等于符号周期的倒数。OFDM的信号频谱如图1所示。    12OFDM的实现方法由于OFDM系统中的载波数量常达几百，所以在实际应用中不可能像传统的OFDM处理方法一样，使用几百个振荡器和锁相环进行相干解调。因此，Weinstein提出了一种用离散傅里叶变换实现OFDM的方法。设OFDM信号发射周期为0，T，在一个周期内传输的N个符号为(C0，C1，CN1)，Ck为复数。因为第k个符号Ck，调制第k个载波 ,所以合成的OFDM信号为： 其中：fc

7、为系统的发射载频，f为子载波间的最小间隔，一般取： 式(3)中，ts为符号序列(C0，C1，CN1)的时间间隔，显然，TNts。所以： 如果以  为采样频率对S(t)采样，0,T内共有个采样值,为： 由式(6)可见，以fs对S(t)采样所得的N个样值Sn刚好为Ck的N点逆离散傅里叶变换(IDFT)。因此OFDM系统可以这样实现：在发端，先由Ck的IDFT求得Sn，再经过一低通滤波器即得所需的OFDM信号S(t)；在收端，先对S(t)采样得到Sn，再对Sn求DFT即得Ck。2保护间隔和循环前缀为了最大限度的消除符号间的干扰，可以在每个OFDM符号之间插入保

8、护间隔(guardtime)，而且该保护间隔长度Tg一般要大于无线信道的最大时延扩展，这样一个符号的多径分量就不会对下一个符号造成干扰。在这段保护间隔内，可以不插入任何信号，即是一段空闲的传输时段。但在这种情况中，由于多径传播的影响，则会产生信道间干扰(ICI)，即子载波之间的正交性遭到破坏，不同的子载波之间产生干扰，这种效应如图2所示。    图2中给出了第一子载波和第二子载波的延时信号。从图中可以看到，由于在FFT运算时间长度内，第一子载波与带有时延的第二子载波之间的周期个数之差不再是整数，所以当接收机试图对第一子载波进行解调时，第二子载波会对此造成干扰。同样

9、，当接收机对第二子载波进行解调时，也会存在来自第一子载波的干扰。为了消除由于多径所造成的ICI，OFDM符号需要在其保护间隔内填入循环前缀，如图3所示。这样可以保证在FFT周期内，OFDM符号的延时副本内所包含的波形的周期个数也是整数。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ICI。加入保护间隔之后基于IDFT(IFFT)的OFDM系统框图如图4所示。当子载波个数比较大时，OFDM的符号周期T相对于信道的脉冲长度max很大时，则符号间干扰(ISI)的影响很小；而如果相邻OFDM符号之间的保护间隔Tg满足Tgmax的要求，则可以完全克服ISI的影响。同时为了保持子载波之间的正交

10、性，该保护间隔必须是循环前缀，即将每个OFDM符号的后Tg时间中的样点复制到OFDM符号的前面，形成前缀，此时OFDM的符号周期为：     这样根据图4，包含保护间隔、功率归一化的OFDM抽样序列xv为：  接受信号y(t)经过AD变换后得到接受序列yv，(vLg，N1)为对y(t)按TN的抽样速率得到的数字抽样。ISI只会对接受序列的前Lg个样点形成干扰，因此将Lg个样点去掉，就可以完全消除ISI的影响。对去掉保护间隔的序列yv，(v0，N1)进行DFT变换，可得到DFT输出的多载波解调序列RN，(n0，N1)得到N个复数点： 通

11、过适当选择子载波个数N，可以使信道响应平坦，插入保护间隔还有助于保持子载波之间的正交性，因此OFDM有可能完全消除ISI和多径带来的ICI的影响。3结语与目前的各种移动通信技术相比，采用OFDM技术的移动系统的接入速率有很大提高。其下行速率可以达到8 Mbs、上行速率达到512 kbs，接入速率超过了第三代移动通信系统在静止情况下所要求的传送能力。另外从系统无线性能等方面考察，在相邻信道泄漏功率比(ACLR)参数上与3GPP提出的指标相比，性能已经优于3GPP的要求。目前OFDM技术被认为是第四代移动通信的核心技术之一。相信OFDM以其频带利用率高、实现灵活、抗干扰能力强等特性必将广泛应用于通

12、信领域。  参考文献1佟学俭，罗涛OFDM移动通信技术原理与应用M北京：人民邮电出版社，20032梅剑平，金子一正交频分复用(OFDM)及其在高速数字通信中的应用J电信科学，1995，11(4)：15-22.3郑志航全数字高清晰度电视和DVBM北京：中国广播电视出版社，19974裘晓峰，张春红宽带网络技术极其应用M北京：清华大学出版社，19975Yiyan Wu ，William Zou Y Orthogonalfrequency division multiplexing :A multi-carrier modulation schemeJIEEE Transactions on Consumer Electronics,1995,41(3):392-399.6Hikmet Sari，Georges KaramOrthogonalfrequency-division multiple access and itsapplication to CATVnetworksJEuropeanTransac