OFDM系统子载波干扰分析及抑制探讨.doc

OFDM系统子载波间干扰分析及抑制讨论【摘要】OFDM技术是一种在无线环境下的高速多载波传输技术。其抗频率选择性衰落和抗窄带干扰能力较强，同时又有很高的频谱利用率，适合在多径传播的无线移动信道中传输高速数据。本文着重分析了OFDM技术的基本原理、OFDM系统的基本原理及实现方案，同时论述了其优缺点。在此基础上，对系统子载波间干扰产生原因进行了较为详细的分析，并对几种常见的抑制方案进行了对比讨论。【关键词】OFDM子载波间干扰抑制方案1.引言随着世界范围内通信技术的不断发展，如今的通信传输方式呈现出多元化发展的特点，逐渐摆脱单一的传输方式，从最初的有线通信逐渐形成有线通信、无线通信、光纤通信等多方式共存的局面。但是从实质上来看，具有突破性的通信技术并不多，大多技术革新基本上都是将重心放在传输介质和信道的改进。在为数不多有实质改进的传输方式中，OFDM即正交频分复用技术，因其频谱利用率更高、调制方式更加灵活、网络结构的可扩展性较为理想和较强的抗多径干扰能力，逐渐发展成为应用非常广泛且较为成熟的一种技术。2.OFDM系统简介2.1OFDM技术的基本原理OFDM技术属于多载波调制（Multi-CarrierModulation，MCM）技术。其调制基本思想是：将信道划分为若干个正交的子信道，同时在每个子信道上进行窄带调制和传输，这样既能减少子信道间的相互干扰，又能提高频谱利用率。由于每个子信道上的信号带宽要小于信道的相关带宽，就会使每个子信道上的频率选择性衰落呈现平坦的状态，进而大大消除了符号间干扰。保护间隔通常以插入循环前缀的方式实现，从而保证了子信道之间的正交性。相比于各子信道的频谱完全分开的多载波调制系统而言，在OFDM系统中，各子信道采用的载波间的频谱是相互重叠的，这样有助于接收端借助载波间的正交性达到分离数据的目的。OFDM信号的频谱如图1所示。图1OFDM信号的频谱示意2.2OFDM系统原理及实现框图一个OFDM系统内包含多个经过调制的子载波的合成信号，每个子信道中的载波都可以使用相移键控（PSK）或者正交幅度调制（QAM）进行调制。用N表示子信道的个数，表示OFDM符号的周期，表示分配给每个子信道载波的符号，表示第0个载波的载波频率，表示矩形脉冲，则从时刻开始的OFDM符号在时域中的表达式为：（1）可以根据下图2，构建OFDM系统框图：图2OFDM系统框图3.OFDM系统的优缺点3.1OFDM系统的优点（1）频谱利用率高频谱利用率较高，这一点在频谱资源有限的无线环境中很重要。由于各个子信道的载波间存在着正交性，OFDM系统允许子信道的频谱相互重叠，相比于其他常规的频分复用系统，OFDM系统可以大大提高了频谱利用率，从而最大限度地利用频谱资源。（2）抗多径衰落能力强当信号在信道中，由于多径效应导致频率选择性衰落时，频带凹处的子信道载波及其携带的信息会受影响，造成丢失或者错误。通过各个子信道载波的联合编码，使其抗衰落能力大大提升，从而避免了其他的子信道载波受影响，故OFDM系统的总误码率低得多。还需要注意一点的是，OFDM技术利用了信道的频率分集，在衰落不是特别严重的情况下，可以根据情况不再添加时域均衡器。OFDM系统能有效地减少载波间的干扰，这一优势使其在多径环境中和衰落信道中也能实现数据的高速传输。（3）易于实现在OFDM系统的各个子信道中，载波的正交调制和解调可以通过采用离散傅里叶变换(DFT，DiscreteFourierTransform))和离散傅立叶反变换(IDFT，InverseDiscreteFourierTransform)的方法来实现。特别情况下，在子信道载波数目很大的OFDM系统中，通常采用快速傅里叶变换(FFT，FastFourierTransform)来实现。当然，随着当代DSP技术的进一步发展，OFDM技术在不断革新。3.2OFDM系统的缺点（1）与单载波系统相比，OFDM系统更加易受频率偏差的影响，换言之，OFDM系统对频率偏差表现更加敏感。无线信道通常具有时变性，而时变性非常容易造成的多普勒频移，同时由于发射机和接收机与本地振荡器之间的频率偏差，都会破坏子信道载波的正交性，从而产生ICI（inter-carrierinterference，子载波间干扰）。这种对频率偏差的较强敏感性是OFDM系统的主要缺点之一。（2）存在较高的峰值平均功率比（峰均比）。多载波系统的输出是由多个子信道载波信号进行的叠加，因此如果多个信号的相位一致时，当这些载波信号（假设N个）恰好同时都以峰值点相加后，OFDM信号也将产生最大的峰值。该峰值功率是平均功率的N倍，从而输出的叠加信号的瞬时功率便会远远大于信号的平均功率，进而导致较大的峰值平均功率比(PAPR，Peak-to-AveragepowerRatio)。这种