0  引言   

    作為未來第四代移動通信的核心技術，正交頻分復用（OFDM）具有較高的

頻譜利用率和良好的抗多徑能力，能有效消除信道干擾和符號干擾、提高信息

傳輸速率；而短波通信因其有限帶寬和信道的不穩定性，傳輸速率受到很大的

限制，正交頻分復用（OFDM）技術恰好能彌補短波通信的不足，這對提高短波

通信時效性具有重要意義。本文從實際情況出發，以Simulink為平臺構建OFDM

通信系統模型，在不同參數的短波信道中仿真，得到相應的解調信號，通過分

析可以得到各種因素對通信系統的影響程度，為今后克服各種不利因素在OFDM

通信系統中的影響提供參考。

1  OFDM信號的傳輸特性

1.1 OFDM提高了頻譜利用率

    在OFDM系統中，任意兩個子載波相互正交，這種正交性保證了任意兩個子載波相互獨立、互不干擾。在對應的頻域內，相鄰子載波的頻譜相互重疊

，這就相應的提高了頻譜的利用率。其時域連續和離散表達式如下：                                          

  （1)                                     （2）

    由上式可以看出不同子載波相乘后在整周期內積分為0，這就保證了各個子載波互不干擾。圖1是子載波頻譜相互重疊的示意圖�？梢钥吹�，相鄰子載

波的頻譜相互重疊，頻譜的利用率明顯提高。

                     圖1    子載波頻譜重疊示意圖

1.2 OFDM消除了碼間干擾和信道干擾

    在OFDM系統中，數據符號在多個載波上同時傳輸，各子載波上的數據傳輸

速率是具有相同系統數據傳輸速率單載波傳輸系統的1/N，子載波上的符號傳

送相同的數據量傳輸時間相應增加為N倍。這樣就能實現高速數據傳輸而同時

保證數據符號的持續時間遠大于信道的時延擴展，從而來克服符號間的干擾，

圖2中單載波傳輸系統與OFDM系統的傳輸比較。圖中OFDM系統分為四路傳輸4個

二進制碼元。假設此時圖2左邊的單載波系統傳輸需要花費4個單位的時間，而

在圖2右邊的OFDM系統將同時發送4個碼元。在這樣的情況下，每個數據將有4個單位的持續時間，自然帶來的符號間干擾比較小。

                         圖2  單載波系統與多載波系統傳輸特性比較示意圖

由于短波信道的不穩定性，多徑衰落會伴隨著整個通信過程，造成符號間

串擾和信道間干擾。OFDM系統通過插入保護間隔來克服兩個影響因素，一

般認為使用循環前綴是一種有效的辦法。其原因在于OFDM技術要求嚴格的

正交性，通過短波信道傳輸的信號或多或少的都會出現衰落或頻移，接受

端不能完全做到同步，解決這個問題的首要辦法是使信號周期長一些，在

解調時不必精確解調出信號周期的開頭和結尾，這樣就可以有效的校正符

號串擾，但這樣并不能消除信道間干擾。為了同時解決符號串擾和信道間

干擾，要把信號的結尾部分復制并附加到信號的開頭端，其長度根據實際

情況而定，但這樣會占用一定的頻帶。如圖3所示：

                              圖3  循環前綴示意圖

   2基于Simulink的OFDM系統模型及短波信道條件下通信效果仿真

    根據參考文獻[2]中的OFDM傳輸系統的基本原理圖，在Simulink下建

立仿真模型。其中信源速率為600bit/s，采用BCH（31，21）編碼方式，8

倍擴頻，64路子載波，為了解調時的同步和過采樣，這里采用10路導頻和

182路冗余信息，調制方式為16QAM。分別在多徑信道和頻偏信道條件下研

究OFDM系統的通信性能。由于仿真環境下不產生突發錯誤，這里就不再使

用交織技術。

圖4  基于Simulink的OFDM系統框圖

為了便于了解信道環境對通信系統產生的影響，我們把信道中的各種

因素進行分解，對每種因素在系統的影響逐個進行仿真。為了在仿真

中便于觀察，這里采用接收端FFT變換之后，16QAM解調之前的信號星

座圖為對象，來研究OFDM系統在不同信道條件下的通信效果。

    2.1 理想信道條件下解調出的星座圖

以圖4中的系統框圖為模板，假定通信系統的信道是理想的，不存在任

何形式的干擾和衰落，接收端能完全無誤的接收到發送端送出的信

號，在此基礎上我們對系統進行仿真，得到16QAM解調之前的星座圖。如下：

           圖5 理想信道條件下解調出的星座圖

    由上圖可以看出，在理想信道情況下整個通信系統能夠完全無誤的解調出原始信息，不存在信息丟失的情況。

    2.2 只存在瑞利多徑衰落情況下解調出的星座圖（多徑為2）

    改變圖4中的信道模型，使得通信系統中的信道參數只存在瑞利多徑衰

落且多徑數為2，在此基礎上對系統進行仿真，得到16QAM解調前的星座圖。如下：

      圖6只存在瑞利多徑衰落情況下解調出的星座圖（多徑為2）  

    由上圖不難看出，在瑞利多徑衰落情況下星座圖的幅度沒有發生變

化，而相位發生了不同的變化，造成整個星座圖的旋轉，接收端不能解調

出所要傳送的信息，造成信息的丟失。

    2.3 只存在頻偏情況下解調出的星座圖（頻偏為2Hz）

    改變圖4中的信道模型，使之只存在頻偏的影響因素。由于在短波信

道中接收端與發送端的多普勒頻移一般為2Hz，為不失一般性，這里設置頻偏為2Hz。   

      圖7 只存在頻偏情況下解調出的星座圖（t=t1）      圖8 只存在頻偏情況下解調出的星座圖(t=t2時)

    圖7和圖8都是在頻偏為2Hz的條件下仿真所得到的圖形，只是時間點

有所不同。顯然，在頻偏2Hz的情況下解調出的信號發生了嚴重畸變，所

要傳送的信息完全丟失。

   3  結論

    本文就短波通信中采用OFDM技術建立了系統模型，并在不同的短波信

道條件下進行了仿

真。通過仿真不難看出，在短波通信中使用OFDM技術瑞利多徑衰落和多普

勒頻偏都會對通信系統造成嚴重影響，系統通信效果急劇惡化，其中多普

勒頻移造成的影響較為嚴重，它不僅造成接收端相位的改變，還造成接收

端信號幅度的急劇變化，致使接收端無法正常解調出相應的信息。通過仿

真我們知道在短波通信系統中運用OFDM技術克服瑞利多徑衰落和多普勒頻

移的不利影響至關重要，這為今后的相關研究提供了有益的參考。

   參考文獻(References)

    [1] 何繼愛，黎鎖平，蔡志鵬.基于Simulink的OFDM系統仿真分析.無線通信，2006

    HE Ji-ai,LI Shuo-ping,CAI Zhi-peng, Simulation and Aalysis of OFDM System Based On Simulink

    [2] 佟學儉，羅  濤.OFDM移動通信技術原理與應用.北京：人民郵電出版社，2003.

    DONG Xue-jian,LUO Tao,OFDM Mobile Communication Technology Principles and Applications. Beiing:Posts & Telecom Press.2003.

作者簡介：潘耀華，男，1984年生，重慶通信學院在讀研究生。

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