2.1保護間隔和循環前綴

　　2.1.1保護間隔(GI)

　　無線多徑信道會使通過它的信號出現多徑時延，這種多徑時延如果擴展到下一個符號，就會造成符號問串擾，嚴重影響數字信號的傳輸質量。采用OFDM技術的最主要原因之一是它可以有效地對抗多徑時延擴展。通過把輸入的數據流經過串／并變換分配到N個并行的子信道上，使得每個用于去調制子載波的數據符號周期可以擴大為原始數據符號周期的N倍，因此時延擴展與符號周期的比值也同樣可降低為1／N。在OFDM系統中，為了最大限度地消除符號間干擾，可以在每個OFDM符號之間插入保護間隔，而且該保護間隔的長度Tg一般要大于無線信道的最大時延擴展，這樣一個符號的多徑分量就不會對下一個符號造成干擾。

　　當多徑時延小于保護間隔時，可以保證在FFT的運算時間長度內，不會發生信號相位的跳變。因此，OFDM接收機所看到的僅僅是存在某些相位偏移的、多個單純連續正弦波形的疊加信號，而且這種疊加也不會破壞子載波之間的正交性。然而，如果多徑時延超過了保護間隔，則在FFT運算時間長度內可能會出現信號相位的跳變，因此在第一路徑信號與第二路徑信號的疊加信號內就不再只包括單純連續正弦波形信號，從而導致子載波之間的正交性有可能遭到破壞，就會產生信道間干擾(ICI)，使得各載波之間產生干擾。

　　2.1.2循環前綴(CP)

　　為了消除由于多徑傳播造成的信道間干擾ICI，一種有效方法是將原來寬度為T的OFDM符號進行周期擴展，用擴展信號來填充保護間隔。將保護間隔內(持續時間用Tg表示)的信號稱為循環前綴(CyclicPrefix，CP)。在實際系統中，當OFDM符號送入信道之前，首先要加入循環前綴，然后進入信道進行傳送。在接收端，首先將接收符號開始的寬度為Tg的部分丟棄，然后將剩余的寬度為T的部分進行傅里葉變換，再進行解調。在OFDM符號內加入循環前綴可以保證在一個FFT周期內，OFDM符號的時延副本內所包含的波形周期個數也是整數，這樣，時延小于保護間隔Tg的時延信號就不會在解調過程中產生信道間干擾ICI。

　　2.2 OFDM基本參數的選擇

　　各種OFDM參數的選擇就是需要在多項要求沖突中進行折衷考慮。通常來講(如前所述)，首先要確定三個參數：帶寬、比特率以及保護間隔。按照慣例，保護間隔的時間長度應該為應用移動環境信道下時延均方根值的2～4倍。

　　一旦確定了保護間隔，則OFDM符號周期長度就可以確定。為了最大限度地減少由于插入保護間隔所帶來的信噪比損失，希望OFDM符號周期長度要遠遠大于保護間隔長度。但是符號周期長度又不可能任意大，否則OFDM系統中包括更多的子載波數，從而導致子載波間隔相應減少，系統實現的復雜度增加，而且還加大了系統的峰值平均功率比，同時使系統對頻率偏差更加敏感。因此在實際應用中，一般選擇符號周期是保護間隔長度的5倍，這樣由于插入保護比特所造成的信噪比損耗只有1 dB左右。

　　在確定了符號周期和保護間隔之后，子載波的數量可以直接利用-3 dB帶寬除以子載波間隔(即去掉保護間隔后的符號周期的倒數)得到或者可以利用所要求的比特速率除以每個子信道的比特速率來確定子載波的數量。每個信道中所傳輸的比特速率可以由調制類型、編碼速率和符號速率來確定。

　　(1)有用符號持續時間

　　有用符號持續時間T對子載波之間間隔和譯碼的等待周期都有影響，為了保持數據的吞吐量，子載波數目和FFT的長度要有相對較大的數量，這樣就導致了有用符號持續時間的增大。在實際應用中，載波的偏移和相位的穩定性會影響兩個載波之間間隔的大小，如果為移動著的接收機，則載波間隔必須足夠大，這樣才能忽略多普勒頻移。總之，選擇有用符號的持續時間，必須以保證信道的穩定為前提。

　　(2)子載波數

　　子載波數目越多，有用信號越平坦，帶外衰減也快，越接近矩形，越符合通信要求，但子載波數目不能過多，越接近矩形的結果對接收端的濾波器要求越高(只有理想濾波器才能過濾，否則就造成交調干擾)。因此在子載波數目的選擇上要綜合考慮傳遞信息的有效性和可行性。

　　子載波數可以由信道帶寬、數據吞吐量和有用符號持續時間T所決定：

　　N=1/T

　　子載波數可以被設置為有用符號持續時間的倒數，其數值與FFT處理過的數據點相對應。

　　(3)調制模式

　　可以通過改變發射的射頻信號幅度、相位和頻率來調制信號。對于OFDM系統來說，只能采用前兩種調制方法，而不能采用頻率調制的方法，這是因為子載波是頻率正交，而且攜帶獨立的信息，調制子載波頻率會破壞這些子載波的正交特性，這是頻率調制不能在OFDM系統中采用的原因。

　　短波通信中可以采用MPSK，MQAM的調制方式。正交幅度調制要改變載波的幅度和相位，他是ASK和PAK的結合。矩形QAM信號星座具有容易產生的獨特優點。此外，它們也相對容易解調。矩形QAM包括4QAM，16QAM以及64QAM等，因此每個星座點分別所對應的比特數量為2，4，6。采用這種調制方法的步長必須為2，而利用MPSK調制可傳輸任意比特數量如1，2，3，分別對應2PSK，4PSK以及8PSK，并且MPSK調制的另一個好處就是該調制方案是等能量調制，不會由于星座點的能量不等而為OFDM系統帶來PAPR較大的問題。

　　3系統仿真結果

　　根據OFDM的基本原理，利用Matlab編寫的系統仿真程序，仿真參數設置為：每信噪比條件下傳輸1 000個OFDM符號，共有64個子波，FFT／IFKT點數為64，循環前綴長度為3μs，基帶調制模塊選擇為MPSK或者MQAM方式，多普勒頻移為200 Hz，通過小尺度衰落信道模型進行仿真。在上述前提條件下，仿真結果如下：