2.3 循環前綴基本原理

　　在OFDM系統中，為了最大限度地消除符號間干擾，在每個OFDM符號之間要插入保護間隔，該保護間隔長度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。

　　在這段保護間隔內，可以不插入任何信號，即保護間隔是一段空閑的傳輸時段。然而在這種情況中，由于多徑傳播的影響，會產生信道間干擾，即子載波之間的正交性遭到破壞，使不同的子載波之間產生干擾。為了消除由于多徑傳播造成的信道間干擾，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，如下圖3所示：\

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　　將保護間隔內的信號稱為循環前綴（Cyclicprefix）。由圖3可以看出，循環前綴中的信號與OFDM符號尾部寬度為Tg的部分相同。在實際系統中，OFDM符號在送入信道之前，首先要加入循環前綴，然后送入信道進行傳送。接收端首先將接收符號開始的寬度為Tg的部分丟棄，將剩余的寬度為T的部分進行傅立葉變換，然后進行解調。

　　通過在OFDM符號內加入循環前綴可以保證在FFT周期內，OFDM符號的延時副本內所包含的波形的周期個數是整數。這樣，時延小于保護間隔Tg的時延信號就不會在解調的過程中產生信道間干擾。

　　通過對上述兩個技術環節的分析可以看出，OFDM的調制解調技術可以降低硬件實現的復雜度；循環前綴技術可以有效消除由于多徑傳播造成的信道間干擾影響。這些對于4G通信系統降低設備成本以及提高信號質量都是至關重要的。

　　3 OFDM與CDMA技術的比較分析

　　作為4G中的核心技術，4G通信系統在頻譜利用率、高速率多媒體服務的支持、調制方式的靈活性及抗多徑信道干擾等方面優于3G通信系統。

　　這主要緣于4G采用的OFDM技術與3G中采用的CDMA技術在其技術特點上存在著差異。下面就從抗多徑干擾、調制技術以及峰均功率比這三個方面對OFDM與CDMA的技術特點進行對比分析。

　　3.1 抗多徑干擾

　　無線信道中，由于信道傳輸特性不理想容易產生多徑傳播效應，多徑傳播效應會造成接收信號相互重疊，產生信號波形間的相互干擾，使接收端判斷錯誤，從而嚴重地影響信號傳輸的質量，易造成符號間干擾。

　　CDMA系統中，為了減小多徑干擾，CDMA接收機采用了分離多徑（RAKE）分集接收技術來區分和綁定多路信號能量。為了減少干擾源，RAKE接收機提供一些分集增益。然而由于多路信號能量不相等，試驗證明，如果路徑數超過7或8條，這種信號能量的分散將使得信道估計精確度降低，RAKE的接收性能下降就會很快。

　　OFDM將高速率的信號轉換成低速率的信號，從而擴展了信號的周期，減弱了多徑傳播的影響，同時通過加循環前綴的方式，使各子載波之間相互正交，減少了ISI和各信道間的干擾，在4G的多媒體通信中能夠提高通信質量。

　　3.2 調制技術

　　CDMA系統中，下行鏈路采用了多載波調制技術，但每條鏈路上的調制方式相同，上行鏈路不支持多載波調制，這使得CDMA系統喪失了一定的靈活性；同時，由于此鏈路的非正交性，使得不同調制方式的用戶會產生很大的噪聲干擾。

　　OFDM的上、下行鏈路都采用多載波調制技術，并且每條鏈路中的調制方式也可以根據實際信道的狀況/自適應調制0,從而更加靈活。在信噪比（SNR）滿足一定要求的前提下，對質量好的信道可以采用高階調制技術（16QAM等）；在信道質量差的情況下，可以采用低階調制技術（QPSK等），從而使系統可以在頻譜利用率和誤碼率之間得到最佳配置。

　　3.3 峰均功率比

　　峰均功率比就是峰值與均值的功率比，定義為信號的最大峰值功率和同一信號平均功率之比，簡稱峰均比。

　　在實際應用中這是一個不容忽視的重要因素。因為較高的PAPR將導致發送端對功率放大器的線性要求也較高，這意味著要設備的功耗將增大，因此就要提供額外功率、電池備份和擴大設備的尺寸，從而導致設備成本的提高。

　　CDMA系統的PAPR一般在5-11dB,并會隨著數據速率和使用碼數的增加而增加。OFDM信號是由多個獨立的經過調制的正交子載波信號疊加而成，這種合成信號有可能產生比較大的峰值功率，從而帶來較大的PAPR。目前，用來控制OFDM的PAPR的技術主要有以下兩種：

　?。?）信號失真技術

　　采用修剪技術、峰值窗口去除技術或峰值刪除技術使峰值振幅值簡單地線性去除。

　?。?）擾碼技術

　　采用擾碼技術，使生成的OFDM的互相關性盡量為0,從而使OFDM的PAPR減少。具體的實現技術包括：編碼、局部擾碼、部分發送序列。

　　綜上所述，在抗多徑干擾、調制技術方面，OFDM的性能優于CDMA技術，并且可以通過其他技術來降低其峰均功率比。與第三代移動通信系統相比，OFDM以其更加靈活的調制方式、更強的抗多徑干擾的能力以及更高的頻譜利用率，全面提高了4G通信系統的性能，改善了4G移動業務的服務質量，并且大幅度降低了4G通信系統的成本，因而成為4G中不可或缺的核心技術。

　　4 結語

　　OFDM通過頻域劃分互相正交的子信道使其頻譜效率與傳統的頻分復用技術相比有顯著提高，同時由于子信道可以劃分得很窄因而每一個子信道都很平坦，避免了使用復雜的均衡器。通過使用循環前綴，一方面消除了OFDM符號間干擾，另一方面保證了子載波之間的正交性，這對于頻率選擇性衰落信道克服多徑干擾尤其有效。但是，OFDM還不是盡善盡美并存在許多問題需要解決。日后在4G的深入研究中應考慮將OFDM與其他技術進行結合（OFDM-CDMA等），從而達到更好的通信質量。

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