基于malab的正交频分复用解调性能仿真

基于malab的正交频分复用解调性能仿真

0循环前置cp传输r.w.1968年写的一篇关于如何将带限的正交信号应用于多通道的文章开始。他首先提出了在线性范围内实现通信信道无信号干扰（ici：interproceduralbiner’symbol语句）和符号干扰（ii：intersymbol语句）的多通道传输原理。1967年,B.R.Saltzberg分析了该传输技术的性能,指出这种方式数据的传输速率可以非常接近Nyquist速率,而且多窄带信道对抗时延和幅度畸变也非常有效。1971年,Weinstein和Ebert发现了通过IDFT和DFT快速实现OFDM的调制和解调方法,为后来OFDM广泛应用于通信领域开辟了道路。Peled和Ruiz于1980年提出了循环前缀CP(CyclicPrefix)的概念,用于解决保持子载波正交性的问题。随着DSP技术快速发展和高速无线数据传输研究热潮的兴起,OFDM技术凭借其固有的对时延扩展较强的抵抗力和较高的频谱效率两大优势迅速成为研究的焦点,并被无线局域网标准IEEE802.11a,IEEE802.11g,IEEE802.16,Hiperlan/2(HighPerformanceLANtype2)以及数字音频广播(DAB)、数字用户环(xDSL),地面数字电视系统(DVB-T,ISDB)、第4代移动通信(4G)等技术方案所采纳。1基于时域数据信号kOFDM的主要思想是将串行的数据流串并转换成比特速率较低的N个并行支路码流,每个支路码流再调制在一个子载波上,最后将每个子载波合成输出。由于这些子载波信号相互正交,使得各子载波的频谱可以重叠,大大提高了频谱效率。OFDM系统作为一种特殊的多载波系统,设每个数据周期为Ts,数据流被串并转换为N路并行低速率码流,其周期为T=NTs,每个支路并行码流用一个载波发送,子载波的频率即子载波的频率fi=fc+i/(NTs),i=0,1,…,N-1,要相互正交。OFDM信号可表示为其中di是在第OFDM符号的第i个子载波上传输的数据符号,N是OFDM系统的子载波数,Ts为OFDM符号间隔,也就是每个子载波上传输的单个符号的持续时间。设fc=0,用t=kTs,k=0,1,…,N-1对式(1)进行采样可以得到N个样值,即可以看到时域数据信号sk等效对频域数据信号di进行IFFT运算。同样在接收端,为了恢复出原始的数据符号di,可以对sk进行逆变换,即FFT得到这样用IFFT/FFT模块就可实现OFDM系统的调制解调过程,大大简化了系统的硬件构成。OFDM调制解调的基本原理框图如图1所示。2模拟分析2.1基于matlab的双通道型根据OFDM的工作原理,构建仿真模型如图2所示。仿真参数设置:FFT运算点数fl=128,子载波个数para=128,循环前缀长度gl=32,OFDM符号个数Ns=6,调制方式为QPSK。在发送端,利用matlab的rand()函数产生0、1随机数。随机序列经过串并转换,将随机产生的二进制矩阵变换为行数为para,列数为2Ns的矩阵,然后进行QPSK调制,映射为频域信号,分为正交q、同相i通道。调制后的复信号x(n)=i(n)+jq(n)经过ifft(x)运算,实现多载波调制,输出为时域信号。信号的正交q(n)、同相i(n)分量如图3所示。将每个OFDM符号的后面gl长度复制,加到前面,从而构成具有循环前缀的OFDM信号,最后经并串转换,形成复数发射数据。在接收端经过去循环前缀、FFT、QPSK解调、并串转换等逆变换得到输出的原始数据。2.2改变snr的误差以6个OFDM符号为一帧进行传输,信道为AWGN,在OFDM接收端利用matlab的awgn()函数加入SNR分贝的高斯白噪声,如图4所示。改变SNR,观察接收星座图,计算误码率。当SNR分别为5dB、20dB时,接收星座图如图5、6所示。很明显,SNR越高,星座越清晰,越有利于正确判决。当SNR为0~30dB范围变化时,仿真的误码率曲线如图7所示。可见,SNR越高,误码率越小。2.3频率偏差的影响OFDM系统的主要缺点在于其对载波频偏较为敏感,该载频偏差主要是由收发端的载频振荡器的差别、多普勒频移和非线性信道引入的相位噪声等因素引起的。如果频率偏差是子载波间的隔的整数倍,虽然子载波之间仍然能够保持正交,但是频率采样值已经偏移了n个子载波的位置,造成映射在OFDM频谱内的数据符号的误码率高达0.5。频率偏差一是造成了OFDM系统的有用信号的幅度衰减和相位旋转。幅度的衰减主要是由于各子载波上不是在其频谱的sinc函数的峰值处采样的;二是破坏了子载波间的正交性,引入(Inter-carrierInterference:ICI)。相邻子载波间产生串扰,主要是因为它们不是在其它sinc函数的零点处采样的。下面对频偏影响进行仿真。设信噪比SNR=20dB,其它仿真条件同2.1。图8所示为无频偏和有频偏△F=0.25时的接收信号星座图。图9为误码率与频偏的关系曲线。可见图8(a)中信号的星座扩散主要是因高斯噪声引起的;图8(b)中信号星座旋转主要是因频率误差引起的。由图9所示误码率曲线可知,随着频偏的增加,系统性能显著恶化,因此,OFDM必须进行精确的载波同步,使△F接近于0。