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OFDM的系统仿真与实现.pdf
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OFDM 的系统仿真与实现
一、 实验器件
Matlab 编程软件、PC 机
二、 实验目的
1、通过实验过程熟悉 OFDM 的系统运行过程.
2、进一步练习通过 MATLAB 解决通信系统的仿真问题.
3、掌握导频插入、训练序列等原理与实际运用.
4、掌握通过实际仿真与理论分析的结合的方法.
三、OFDM 的基本原理
OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 即
正交频分复用技术, 实际上 OFDM 是多载波调制的一种。 其主要
思想是:将信道分成若干正交子信道,将高速数据信号转换成并
行的低速子数据流,调制到在每个子信道上进行传输。正交信号
可以通过在接收端采用相关技术来分开,这样可以减少子信道之
间的相互干扰 ICI 。每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带
宽,因此每个子信道上的可以看成平坦性衰落,从而可以消除符
号间干扰。而且由于每个子信道的带宽仅仅是原信道带宽的一小
部分,信道均衡变得相对容易。在向 B3G/4G 演进的过程中,
OFDM 是关键的技术之一,可以结合分集,时空编码,干扰和信
道间干扰抑制以及智能天线技术,最大限度的提高了系统性能。
包括以下类型:V-OFDM,W-OFDM,F-OFDM,MIMO-OFDM, 多带
-OFDM 。
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OFDM 是一种无线环境下的高速传输技术。无线信道的频率响应
曲线大多是非平坦的,而 OFDM 技术的主要思想就是在频域内将给
定信道分成许多正交子信道,在每个子信道上使用一个子载波进行调
制,并且各子载波并行传输。这样,尽管总的信道是非平坦的,具有
频率选择性,但是每个子信道是相对平坦的,在每个子信道上进行的
是窄带传输,信号带宽小于信道的相应带宽,因此就可以大大消除信
号波形间的干扰。由于在 OFDM 系统中各个子信道的载波相互正交,
它们的频谱是相互重叠的,这样不但减小了子载波间的相互干扰,同
时又提高了频谱利用率。
OFDM 技术属于多载波调制(Multi-Car rierModulation,
MCM)技术。有些文献上将 OFDM 和 MCM 混用,实际上不够严
密。MCM 与 OFDM 常用于无线信道,它们的区别在于:OFDM 技
术特指将信道划分成正交的子信道,频道利用率高;而MCM,可以
是更多种信道划分方法。 OFDM 技术的推出其实是为了提高载
波的频谱利用率,或者是为了改进对多载波的调制,它的特点是各子
载波相互正交,使扩频调制后的频谱可以相互重叠,从而减小了子载
波间的相互干扰。在对每个载波完成调制以后,为了增加数据的吞吐
量、提高数据传输的速度,它又采用了一种叫作 HomePlug 的处理
技术,来对所有将要被发送数据信号位的载波进行合并处理,把众多
的单个信号合并成一个独立的传输信号进行发送。另外 OFDM 之所
以备受关注,其中一条重要的原因是它可以利用离散傅立叶反变换/
离散傅立叶变换(IDFT/DFT)代替多载波调制和解调。
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OFDM 增强了抗频率选择性衰落和抗窄带干扰的能力。在单载波
系统中,单个衰落或者干扰可能导致整个链路不可用,但在多载波的
OFDM 系统中,只会有一小部分载波受影响。此外,纠错码的使用
还可以帮助其恢复一些载波上的信息。通过合理地挑选子载波位置,
可以使 OFDM 的频谱波形保持平坦,同时保证了各载波之间的正交。
OFDM 尽管还是一种频分复用(FDM),但已完全不同于过去的
FDM。OFDM 的接收机实际上是通过 FFT 实现的一组解调器。它将
不同载波搬移至零频,然后在一个码元周期内积分,其他载波信号由
于与所积分的信号正交,因此不会对信息的提取产生影响。OFDM
的数据传输速率也与子载波的数量有关。
OFDM 每个载波所使用的调制方法可以不同。各个载波能够根据
信道状况的不同选择不同的调制方式,比如 BPSK、QPSK、8PSK、
16QAM、64QAM 等等,以频谱利用率和误码率之间的最佳平衡为
原则。我们通过选择满足一定误码率的最佳调制方式就可以获得最大
频谱效率。无线多径信道的频率选择性衰落会使接收信号功率大幅下
降,经常会达到 30dB 之多,信噪比也随之大幅下降。为了提高频谱
利用率,应该使用与信噪比相匹配的调制方式。可靠性是通信系统正
常运行的基本考核指标,所以很多通信系统都倾向于选择 BPSK 或
QPSK 调制,以确保在信道最坏条件下的信噪比要求,但是这两种调
制方式的频谱效率很低。OFDM 技术使用了自适应调制,根据信道
条件的好坏来选择不同的调制方式。比如在终端靠近基站时,信道条
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件一般会比较好,调制方式就可以由 BPSK(频谱效率 1bit/s/Hz)转
化成 16QAM-64QAM(频谱效率 4~6bit/s/Hz),整个系统的频
谱利用率就会得到大幅度的提高。自适应调制能够扩大系统容量,但
它要求信号必须包含一定的开销比特,以告知接收端发射信号所应采
用的调制方式。终端还要定期更新调制信息,这也会增加更多的开销
比特。
OFDM 还采用了功率控制和自适应调制相协调工作方式。信道好
的时候,发射功率不变,可以增强调制方式(如64QAM),或者在
低调制方式(如 QPSK)时降低发射功率。功率控制与自适应调制要
取得平衡。也就是说对于一个发射台,如果它有良好的信道,在发送
功率保持不变的情况下,可使用较高的调制方案如64QAM;如果功
率减小,调制方案也就可以相应降低,使用 QPSK 方式等。
自适应调制要求系统必须对信道的性能有及时和精确的了解,如
果在差的信道上使用较强的调制方式,那么就会产生很高的误码率,
影响系统的可用性。OFDM 系统可以用导频信号或参考码字来测试
信道的好坏。发送一个已知数据的码字,测出每条信道的信噪比,根
据这个信噪比来确定最适合的调制方式。
三、OFDM 系统实现的整体思路
1、系统图如下:
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