通信算法之四十六：OFDM系统波形设计_shi算法 ofdm

1.OFDM通信系统-参数设计-帧结构
Wimax

2. 802.11
   

OFDM是一种多载波的传输方法，它将频带划分为多个子信道并行传输数据，将高速数据流分成多个并行的低速数据流，然后调制到每个信道的子载波上进行传输。由于它将非平坦衰落无线信道转化成多个正交平坦衰落的子信道，从而可消除信道波形间的干扰，达到对抗多径衰落的目的。

选择OFDM的一个很大的原因是该系统能够很好的对抗频率选择性衰落和窄带干扰。在单载波系统中，一次衰落或者干扰会导致整个链路失效，但是在多载波系统中，某一时刻只会有少部分的子信道受到深衰落的影响。

导频不携带信息,导频是双方已知的数据,是用来做信道估计的。在接收机中，虽然利用接收到的短训练序列、长训练序列可以进行信道均衡、频率偏差校正，但符号还会存在一定的剩余偏差，且偏差会随着时间的累积而累积，会造成所有子载波产生一定的相位偏移。因此，还需要不断地对参考相位进行跟踪。要能实现这个功能，需要在52个非0子载波中插入导频符号。

OFDM基本参数的选择
5.1 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。通常来说，首先要确认3个参数：带宽、比特率、及保护间隔。

5.1.1 按照惯例，保护间隔的时间长度应该为应用移动环境信道的时延扩展均方根值的2~4倍。

5.1.2 确定保护间隔之后，则OFDM符号周期长度就确定了。为了最大限度的减少由于插入保护比特所带来的信噪比的损失，OFDM符号周期长度远远大于保护间隔长度。但是符号周期又不能任意大，否则就需要更多的子载波，带宽不变，子载波间隔就变小，系统的实现复杂度就提高了，而且还加大了系统的峰值平均功率比，同时系统对频率偏差更加敏感。因此，一般选择符号周期长度是保护间隔的5倍，这样，由于插入保护比特所造成的信噪比损耗只有1dB左右。

5.1.3 确定保护间隔和符号周期长度之后，子载波的数量可由-3dB带宽除以子载波间隔（即去掉保护间隔之后的符号周期的倒数）得到。或者可由所要求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由调制类型、编码速率、和符号速率来确定。

5.2 有用符号持续时间T

T对子载波之间间隔、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，这就导致符号持续时间变长。总之，符号周期长度的选择以保证信道的稳定为前提。

5.3 子载波数

N=1/T

其数值与FFT处理过的复数点数相对应，需适应数据速率和保护间隔的要求。

5.4 调制模式

OFDM系统的调制模式基于功率和频谱利用率来选择，可采用qam、psk。

为了使所有的点有相同的平均功率，二进制序列映射后的复数要归一化。（BPSK\QPSK\16QAM\64QAM分别对应乘以1、1/根号2、1/根号10、1/根号42），解调的时候再变回去。

5.5 以具体实例说明;

要求:（1）比特率为25Mbit/s（2）可容忍的时延扩展为200ns（3）带宽小于18MHz。

1）由200ns时延扩展得保护间隔为800ns；

2）由保护间隔800ns得符号周期长度6*800ns=4.8us；

3）子载波的间隔选取4.8-0.8=4us的倒数，即250KHz；

4）由所要求的比特速率与OFDM符号速率的比值，每个符号需要传送的比特：（25Mbit/s）/（1/4.8us）=120bit。

5）为了完成上面120bit/符号，有两种选择：利用16QAM和码率为1/2的编码方法，这样每个子载波携带2bit的有用信息，因此需要60个子载波；另一种是利用QPSK和码率为3/4的编码方法，每个子载波携带1.5bit信息。因此需要80个子载波，然而80个子载波意外着带宽：80*250KHz=20MHz，大于所给带宽要求，故取第一种，即60个子载波。可利用64点IFFT来实现，剩余4个子载波补0.