ofdm調(diào)制及解調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

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1、OFDM調(diào)制及解調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)一、基本原理概述OFDM背景介紹隨著無(wú)線通信的迅速發(fā)展，以O(shè)FDM為代表的多載波調(diào)制技術(shù)憑借其強(qiáng)大的抗多徑衰落能力和較高的頻譜利用率，被認(rèn)為是最有前途的4G方案之一。OFDM通信技術(shù)是多載波傳輸技術(shù)的典型代表。多載波傳輸把數(shù)據(jù)流分解為若干個(gè)獨(dú)立的子載波比特流，每個(gè)子數(shù)據(jù)流將具有低得多的比特速率，用這樣低比特速率形成的低速率多狀態(tài)符號(hào)去調(diào)制相應(yīng)的子載波，就構(gòu)成了多個(gè)低速率符號(hào)并行發(fā)送的傳輸系統(tǒng)。OFDM系統(tǒng)的基本原理OFDM是一種多載波調(diào)制技術(shù)，其原理是用N個(gè)子載波把整個(gè)信道分割成N個(gè)子信道，即將頻率上等間隔的N個(gè)子載波信號(hào)調(diào)制并相加后同時(shí)發(fā)送，

2、實(shí)現(xiàn)N個(gè)子信道并行傳輸信息。這樣每個(gè)符號(hào)的頻譜只占用信道帶寬的1/N，且使各子載波在OFDM符號(hào)周期內(nèi)保持頻譜的正交性。圖1-1是在一個(gè)OFDM符號(hào)內(nèi)包含4個(gè)子載波的實(shí)例。其中，所有的子載波都具有相同的幅值和相位，但在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)數(shù)據(jù)符號(hào)的調(diào)制方式，每個(gè)子載波都有相同的幅值和相位是不可能的。從圖1-1可以看出，每個(gè)子載波在一個(gè)OFDM符號(hào)周期內(nèi)都包含整數(shù)倍個(gè)周期，而且各個(gè)相鄰的子載波之間相差1個(gè)周期。這一特性可以用來(lái)解釋子載波之間的正交性，即圖1-1　OFDM符號(hào)內(nèi)包括4個(gè)子載波的情況這種正交性還可以從頻域的角度來(lái)解釋，圖1-2給出了相互覆蓋的各個(gè)子信道內(nèi)經(jīng)過(guò)矩形波成

3、形得到的符號(hào)sinc函數(shù)頻譜。每個(gè)子載波頻率最大值處，所以其他子信道的頻譜值恰好為零。因?yàn)樵趯?duì)OFDM符號(hào)進(jìn)行解調(diào)過(guò)程中，需要計(jì)算這些點(diǎn)上所對(duì)應(yīng)的每個(gè)子載波頻率的最大值，所以可以從多個(gè)相互重疊的子信道符號(hào)中提取每一個(gè)子信道符號(hào)，而不會(huì)受到其他子信道的干擾。從圖1-2中可以看出OFDM符號(hào)頻譜實(shí)際上可以滿足奈奎斯特準(zhǔn)則，即多個(gè)子信道頻譜之間不存在相互干擾。因此這種子信道頻譜出現(xiàn)最大值而其他子信道頻譜為零的特點(diǎn)可以避免載波間干擾（ICI）的出現(xiàn)。圖1-2　OFDM系統(tǒng)中子信道符號(hào)的頻譜在發(fā)送端，設(shè)串行的碼元周期為ts，速率為rs=1／ts。經(jīng)過(guò)串/并變換后N個(gè)串行碼元被轉(zhuǎn)換為

4、長(zhǎng)度為Ts=Nts、速率為Rs=1／Ts=1／Nts=rs／N的并行碼。N個(gè)碼元分別調(diào)制N個(gè)子載波：(n=0，1，2，…，N-1)fn=f0+nΔf式中：Δf為子載波的間隔，設(shè)計(jì)為它是OFDM系統(tǒng)的重要設(shè)計(jì)參數(shù)之一。當(dāng)f0>>1/Ts時(shí)，各子載波是兩兩正交的，即1，n=m0，n≠m輸入的串行比特以L比特為一幀，每幀分為N組，每組比特?cái)?shù)可以不同，第i組有qi個(gè)比特，即第i組比特對(duì)應(yīng)第i子信道的Mi=2qi個(gè)信號(hào)點(diǎn)。這些復(fù)數(shù)信號(hào)點(diǎn)對(duì)應(yīng)這些子信道的信息符號(hào)，用dn(n=0，1，2，…，N-1)表示。利用IDFT可以完成{dn}的OFDM基帶調(diào)制，因?yàn)槭?4-147)的復(fù)包絡(luò)可以

5、表示為則OFDM信號(hào)就為若對(duì)A(t)以1／ts速率抽樣，由式(4-147)得到：可見，所得到的A(m)是{dn}的IDFT，或者說(shuō)直接對(duì){dn}求離散傅氏反變換就得到A(t)的抽樣A(m)。而A(m)經(jīng)過(guò)低通濾波(D/A變換)后所得到的模擬信號(hào)對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制便得到所需的OFDM信號(hào)。在接收端則進(jìn)行相反的過(guò)程，把解調(diào)得到的基帶信號(hào)經(jīng)過(guò)A/D變換后得到dn，在經(jīng)過(guò)并串變換輸出。當(dāng)N比較大時(shí)可以采用高的效率IFFT(FFT)算法，現(xiàn)在已有專用的IC可用，利用它可以取代大量的調(diào)制解調(diào)器，使結(jié)構(gòu)變得簡(jiǎn)單。OFDM系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)框圖如下。其中，上部分對(duì)應(yīng)于發(fā)射機(jī)鏈路，下半部分對(duì)應(yīng)于接收機(jī)鏈

6、路，整個(gè)系統(tǒng)包含信道編/解碼、數(shù)字調(diào)制/解調(diào)、IFFT/FFT、加/去保護(hù)間隔。二、系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)方案擬用MATLAB進(jìn)行仿真。采用自上而下的策略。首先根據(jù)系統(tǒng)原理框圖編寫，然后再實(shí)現(xiàn)子程序模塊，然后整合匯總成main_OFDM.m主函數(shù)。根據(jù)OFDM系統(tǒng)原理，在此環(huán)境下仿真系統(tǒng)的構(gòu)建可分為以下8部分：信源、編碼交織和解碼去交織、調(diào)制映射和解調(diào)逆映射、OFDM發(fā)送和接收、并串和串并變換模塊、信道、信道估計(jì)和信道補(bǔ)償、誤碼率計(jì)算模塊。仿真模型是建立在基帶傳輸?shù)幕A(chǔ)上的，這是因?yàn)檩d波系統(tǒng)可以進(jìn)行低通等效。下圖為基帶系統(tǒng)框圖。OFDM發(fā)送和接受框圖模型為：具體包括了發(fā)送端的串并轉(zhuǎn)

7、換、訓(xùn)練序列的插入、過(guò)采樣的IFFT變換及加入循環(huán)前綴和接收端的循環(huán)前綴的去除、FFT變換、去除虛子載波、訓(xùn)練序列的接收以及并串轉(zhuǎn)換。繼續(xù)將系統(tǒng)框圖細(xì)化：信道估計(jì)仿真模型:為了研究信道和噪聲對(duì)OFDM傳輸系統(tǒng)的影響，采用加性高斯白噪聲信道(AWGN)和多徑瑞利衰落信道(MuhipathReyleighFading)模塊進(jìn)行仿真。具體實(shí)現(xiàn)如下：1．信道編碼信道編碼采用卷積碼和交織編碼進(jìn)行信道級(jí)聯(lián)編碼。卷積碼碼率為1/2，仿真時(shí)設(shè)置k=1，G=[1011011；1111001]，將輸入的90個(gè)0、1二進(jìn)制數(shù)經(jīng)過(guò)卷積編碼后可得到19