作者丨鼎阳科技 尤嘉

本文介绍Siglent SigIQPro波形制作软件的用户自定义OFDM调制信号的生成功能，同时讲解OFDM系统的常见帧结构和子载波、导频、同步和数据部分等概念。

概述

OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing），即正交频分复用技术，本质上属于多载波调制（Multi-Carrier Modulation，MCM）的一种形式。其核心原理在于：首先将信道分割成多个正交子信道，随后将高速数据信号转换为并行的低速子数据流，每个子数据流分别调制到对应的子载波上进行传输。

由于每个子载波上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此信号在每个子载波上的传输可以视为经历平坦性衰落，这有助于消除符号间的干扰。此外，鉴于每个子载波的带宽仅仅是原始信道带宽的一小部分，信道的均衡处理也相应变得更为容易。

OFDM技术以其卓越的频谱效率著称，这得益于快速傅里叶变换（FFT）处理使得各子载波能够部分重叠，从而在理论上接近奈奎斯特（Nyquist）极限。

OFDM技术

当前，OFDM技术普遍采用逆快速傅里叶变换（IFFT）方法实现，这不仅增强了带宽的扩展性，还使得在已高度拥挤的频谱环境中能灵活配置和使用带宽。每个OFDM子载波内的信道可看作水平衰落信道，多天线（MIMO）系统带来的额外复杂度可以控制在较低的水平（随天线数量呈线性增加）。

根据上述种种优势， OFDM技术现在被广泛的应用于各种宽带通信系统，如非对称的数字用户环路（ADSL）、数字音频广播（DAB）、数字电视（DVB）、高清晰度电视（HDTV）、无线局域网（WLAN），以及最新的第4代移动通信LTE中。

由于OFDM系统的灵活性， 每一个的标准有各自不同的物理层参数，例如NFFT、符号长度（子载波间隔）、CP（循环前缀）长度、导频（或者叫做参考信号）的插入方式、 是否有Preamble等。

尽管针对诸如WLAN、DVB、LTE等标准信号已有成熟的商用信号生成软件，但对于非标准OFDM信号，如用户自定义标准或前沿研发的新标准，特别是在专网系统、科研等领域的应用，用户可以利用Matlab等数学工具生成IQ数据，并将其导入信号源进行播放。

Siglent SigIQPro等商用软件提供了Custom OFDM模块，以图形化和模块化的方式，使用户能够定义OFDM帧结构，生成并下载到Siglent的矢量信号源中。SigIQPro的Custom OFDM模块集成了常见的OFDM资源类型，如Preamble、Pilot、Data等，并内置了多种数据调制方式。对于特殊信号，如Zadoff-Chu序列，用户还可以直接导入每个子载波的IQ值，从而满足多样化的应用需求。

配置

描述OFDM系统时涉及许多参数，其中一些基本参数如傅里叶变换次数（NFFT）、采样速率、载波频率和CP长度。然而，最复杂的部分是定义各个子载波和每个符号单元（Rl,k）的调制方式、功能类型（如数据或导频）以及增益/相对功率。

配置过程及菜单详解

我们使用Siglent的SigIQPro软件。SigIQPro采用结构化的方式定义帧结构。

打开软件之后，在主界面点击Custom OFDM，即可进入自定义OFDM界面。

“Waveform Setup”界面

可以设置基本参数：过采样速率，帧个数，是否削峰（Crest Factor Reduction），是否需要开启多载波，是否需要镜像频谱（即IQ交换，又称频谱翻转），其他参数根据本页和下面的参数自动计算。

Custom OFDM基本参数

Idel Interval：在尾部增加空白时间，即IQ值为0，主要用于类似WLAN场景中，相邻2个帧（重复播放时的相邻2帧）之间的空白。

Half Subcarrier Shift：主要是某些应用为了避免本振泄漏，把子载波偏移一半（但是LTE中直接不用0号子载波）。

System Sample Frequency：系统采样频率。

FFT Length：即FFT次数。

Cyclic Prefix Length：循环前缀长度，例如40(0:7:133);36表示0、7、133号符号的CP为40，其他的为36，单位是Sample。

Guard Lower/Upper Subcarriers：上边/下边的保护子载波的个数。

Subcarrier Spacing：根据System Sample Frequency和FFT Length自动计算子载波间隔。

Actual Signal Bandwidth：根据FFT Length和Guard Subcarrier自动计算有效的带宽。

Power Reference Type：功率参考模式，以那种方式作为功率的参考，如All Symbols就是仪器设置的射频功率就是所以Symbol的平均功率。

Spectrum Control：设置滤波器，或者Window加窗，以限制带宽，代价是对EVM有些影响。

Resource Mapping资源映射

资源映射是最复杂也是最关键的功能，需要使用者对OFDM的基本元素，自定义的帧结构有深刻的理解，其核心思想就是通过菜单的参数设置，定义OFDM帧的二维平面上每个元素RE（Resource Element）的功能、属性、调制方式、载荷数据。

资源块（一个共同功能属性的RE的集合）基本属性有：Symbol Index（时域/符号）坐标范围，Subcarrier Index（子载波/频域）坐标范围；功能/特性/用途---Preamble、Pilot、Data；Boost Level—相对功率；Payload—载荷数据类型。

点击表格上方的“Add”右侧箭头，选择一个类型（Preamble/Pilot/Data）即可添加一个资源块。

由于RE数量众多，需要一些简写的方式，来实现多个元素的映射定义。其基本语法和C语言或者Matlab的语法类似。

以LTE的Cell RS为例（在Quick Settings 菜单下拉，选择 LTE：Downlink）：在当前的Cell ID情况下， Cell RS是在时域、频率离散插入的。类型是Pilot，Pilot需要定义固定的载荷数据。所以需要定义时、频域坐标。

其中：

Name：给当前的资源块取一个名字

Symbol Index时域坐标：有两组，注意两个大组是对应的，

起始0，终止133，步进7

起始4，终止137，步进7

Subcarrier Index频域坐标：有两组，每组又分成2个小组，

起始-150，终止-6，步进6；起始1，终止145，步进6；

起始-147，终止-3，步进6；起始4，终止148，步进6

Resource Mapping Order：资源映射顺序：

Given Order：表示将资源块Payload IQ值序列按照参数Symbol Index 与参数Subcarrier Index 给出资源单元的顺序进行映射。

Resource Order：表示按照信道资源单元的OFDM符号与子载波编号由小到大的顺序进行映射。

两种映射顺序都按照子载波优先的规则进行映射，即先填充当前给出的OFDM符号上的所有给出子载波，再填充下一个给出OFDM符号上的信道资源单元。

Resource Mapping：当前资源块的类型（Add的时候已经指定）：

Preamble—前导，实际中不一定非要在帧的前面，其功能和Pilot类似，是发一些已知约定好的固定数据，其Data Mode部分只能是IQ Value，需要指定每一个RE的IQ值（会有表格编辑菜单弹出）

Pilot—导频，发一些已知约定好的固定数据，其Data Mode部分可以是IQ Value或Payload Bit，如果是IQ Value类型，需要指定每一个RE的IQ值（会有表格编辑菜单弹出）

Data—数据，如果选择数据类型，用户可以设定调制方式和数据类型（PN序列或者自定义数据）

LTE的例子中Cell-RS（小区参考信号）选择Pilot模式，Data Mode选择IQ Value，并点击下一行的“IQ Values”后面的编辑区域，会弹出窗口，让用户输入每个Cell-RS内部的RE的IQ数据，其Subcarrier和Symbol序号根据刚刚设置的Subcarrier Index和Symbol Index自动生成，只需给每一个RE填上对应数据即可。

本例中的数据，根据3GPP的LTE物理层定义和当前的Cell ID，带宽等参数填入。

类似的，本例中的PSS（主同步）部分，这里类型是Preamble，IQ Value是Zadoff-chu序列对应的IQ值。

图示

屏幕下方可以显示当前配置下的IQ时域图，频谱图，资源映射图（二维），资源块调制方式（二维），方便使用者观看每个资源块的映射和调制状态。

在上面的表格中选中的资源块，其Resource Mapping和Resource Modulation中会用红色显示。

文件操作和更新

任何参数改变之后，Update菜单会闪烁，提示需要点击Update，才能把当前的IQ数据更新，更新完即可下载到仪器。

Save有两种功能，如果选择文件类型是*.state，可以把当前的状态保持，以便下次调用；如果选择文件类型是*.arb，即导出数据波形文件，arb文件可以直接在仪器上打开播放。

小结

本文介绍了OFDM调制的基本组成部分，以LTE下行帧为例，介绍Siglent SigIQPro波形配置该波形的具体步骤和主要参数的解释，以此例为基础，用户可以方便地使用SigIQPro配置自定义的OFDM信号。

SigIQPro功能齐全，设置方便，并具有完善的图形显示功能，让用户直观的看到生成的信号的时、频域分布，并可以下载到Siglent矢量信号源和任意波形发生器，是专用OFDM信号生成和分析的有力助手。

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SIGLENT

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关键词:Siglent SigIQPro波形制作软件

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编辑：清风

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