OFDM通信系统设计与分析

摘 要：正交频分复用（OFDM）作为4G中的关键技术，不但有很高的频带利用率，而且它的抗多径干扰能力也十分优秀。本文设计了一个基于FFT算法的OFDM通信系统，在计算机上进行了仿真。从仿真的结果可以看出，经过高斯白噪声信道前后的信号产生了失真。为了初步验证本系统的正确性，输入不同的信噪比并计算信号通过本系统的误码率，并最终得到验证。

关键词：正交频分复用；循环前缀；无线信道

一、概述

OFDM由多载波调制改进而来。1966年，R.W Chang叙述了在线性带限信道中，无ISI和无ICI的同时传输信息的原理。[1]1970年，美国申请的一个专利，采用频分复用来抵制冲击噪声以及多径失真带来的影响，并且充分利用了带宽。[2]上个世纪后期MCM发展迅速，大规模集成电路的出现使FFT以及很多棘手的问题得以实现。自此，OFDM的研究逐渐热化，正交频分复用走向了高速数字移动通信的舞台 。[3]

二、OFDM系统的实现与仿真

在MATLAB中，使用IDFT以及 IFFT来实现OFDM系统的搭建。采用512个子载波，并输入不同的信噪比（30dB和40dB），最后计算并比较系统的误码率，分析性能。

图1是输入随机数据的星座图和加入循环前缀前后的信号波形的比较。为了将随机数据逐一映射到坐标系中，调用函数QAM16_mod（），并形成16QAM星座图，如左边所示。通过IFFT运算，把频域数据转换为时域，并加入循环前缀，即图右边所示。之后发送到无线信道中加入高斯白噪声。

调用QAM_16demod（）函数，分别将输入信噪比为30dB（左）和40dB（右）时解调后的数据重新映射到16QAM星座图上，结果如图2所示。其中红色圆圈表示经过高斯白噪声信道之后的信号星座点。最后进行误码率的分析。可见虽然经过高斯白噪声后，不同信噪比的星座图的点位置都发生了一些变化，但是明显可以看到30dB时分布十分混乱且无法看出规律，而40dB时信号分布在噪声前的星座点周围。

在输入信噪比为30分贝时，解调后的错误个数为29，解调后系统的误码率为0.0566。而在输入信噪比为40分贝时，解调后系统的误码率为0，系统性能明显改善。

三、结论

本文设计了一个基于FFT算法的OFDM通信系统，利用MATLAB对于OFDM系统在计算机上进行了仿真。通过分析随机数据经过高斯白噪声信道的星座图和误码率的计算，以及加入循环前缀前后信号波形的比较，初步验证了本系统搭建的正确性。

参考文献：

[1]H.Schober et.al.Delay Spread Estimation for OFDM-based Mobile Communication Systems，European Wireless Conference 2002，Feb.2002，Florence，Italy.

[2]A.Papoulis，Signal Analysis，McGraw-Hill Book Company New York，1977.

[3]John G.Proakis，Digital Communications，McGraw-Hill International Editions，3rd edition，1995.

作者簡介：王娅娜（1993-），女，汉族，山东潍坊人，研究方向：无线通信技术。