OFDM系统仿真..doc

综合性设计性实验报告
专业: 通信工程专业12级
学号:
姓名:
实验所属课程: 宽带无线接入技术
实验室(中心): 软件与通信实验中心
指导教师:

2015年4月
教师评阅意见:
签名: 年月日
实验成绩:
一、题目
OFDM系统的Matlab仿真
二、仿真要求
要求一:OFDM系统的数据传输
①传输的数据随机产生;
②调制方式采用16QAM;
③必须加信道的衰落
④必须加高斯白噪声
⑤接收端要对信道进行均衡。
要求二:要求对BER的性能仿真
设计仿真方案,得到在数据传输过程中不同信噪比的BER性能结论,要求得到的BER曲线较为平滑。
仿真方案详细设计
(一)OFDM系统的基本介绍
正交频分复用(OFDM)技术与已经普遍熟知应用的频分复用(FDM:Frequency Division Multiplexing)技术十分相似,与FDM基本原理相同,OFDM把高速的数据流通过串并变换,分配到速率相对较低的若干个频率子信道中进行传输,不同的是,OFDM技术利用了更好的控制方法,使频谱利用率有所提高。OFDM与FDM的主要差别为以下几方面:
第一:在常规的广播系统中,每一个无线站在不同的频率上发送信号,有效的运用FDM来保证每个站点的分隔,广播系统中的每一个站点没有任何的同位或同步;但使用OFDM传播技术,譬如DAB,从多个无线站来的信息信号被组合成一个单独的复用数据流,这些数据是由多个子载波密集打包组成,然后将在OFDM体系中传输,在OFDM信号内的所有子载波都是在时间和频率上同步的,使子载波之间的干扰被严格控制。这些复用的子载波在频域中交错重叠,但因为调制的正交性且采用循环前缀作为保护间隔,所以不会发生载波间干扰ICI(Inter-Carrier Interference)。
第二:对传统的频分复用(FDM)系统而言,传播的信号需要在两个信道之间存在较大的频率间隔即保护带宽来防止干扰,这降低了全部的频谱利用率;然而应用OFDM的子载波正交复用技术大大减少了保护带宽,提高了频谱利用率。如图 31。在早期时候,正交频分复用(OFDM)系统中,各子载波采用正交滤波器将信道分成多个子信道,但要用很多的滤波器,尤其是当路数增多的时候。1971年,Weinstein及Ebert等将DFT应用在多载波传输系统中,从而很方便地实现了多路信号的复合和分解。OFDM系统的一个重要优点就是可以利用快速傅立叶变换实现调制和解调,从而大大简化系统实现的复杂度。
图 31 FDM与OFDM带宽利用率的比较
正交频分复用(OFDM)系统是一种特殊的多载波传输方案,它可以被看作是一种调制技术,也可以被当作一种复用技术。多载波传输把数据流分解成若干个子比特流,这样每个子数据流将具有低得多的比特速率,用这样的低比特率形成的低速率多状态符号再去调制相应的子载波,就构成多个低速率符号并行发送的传输系统。正交频分复用是对多载波调制(MCM:Multi-Carrier Modulation)的一种改进。它的特点是各子载波相互正交,所以扩频调制后的频谱可以相互重叠,不但减小了子载波间的相互干扰,还大大提高了频谱利用率。选择OFDM的一个主要原因在于该系统能够很好地对抗频率选择性衰落和窄带干扰。在单载波系统中,一次衰落或者干扰就可以导致整个链路失效,但是在多载波系统中,某一时刻只会有少部分的子信道会受到深衰落的影响。
(二)OFDM系统的基本原理及其技术
(1)OFDM系统基本原理
一个完整的OFDM系统原理如图1所示。OFDM的基本思想是将串行数据,并行地调制在多个正交的子载波上,这样可以降低每个子载波的码元速率,增大码元的符号周期,提高系统的抗衰落和干扰能力,同时由于每个子载波的正交性,大大提高了频谱的利用率,所以非常适合移动场合中的高速传输。
图3-2 OFDM系统原理框图
在发送端,输入的高比特流通过调制映射产生调制信号,经过串并转换变成N条并行的低速子数据流,每N个并行数据构成一个OFDM符号。插入导频信号后经快速傅里叶反变换(IFFT)对每个OFDM符号的N个数据进行调制,变成时域信号为:
式中:m为频域上的离散点;n为时域上的离散点;N为载波数目。为了在接收端有效抑制码间干扰(InterSymbol Interference,ISI),通常要在每一时域OFDM符号前加上保护间隔(Guard Interval,GI)。加保护间隔后的信号可表示为式(2),最后信号经并/串变换及D/A转换,由发送天线发送出去。
接收端将接收的信号进行处理,完成定时同步和载波同步。经A/D转换,串并转换后的信号可表示为:
然后,在除去CP后进行FFT解调,同时进行信道估计(依据插入的导频信号),接着