ofdm

重庆交通大学信息科学与工程学院综合性设计性实验报告专业：通信工程专业11级学号：631106040222姓名：徐国健实验所属课程：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：吴仕勋2014年3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。三、仿真方案详细设计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。利用离散反傅里叶变换(IDFT)或快速反傅里叶变换(IFFT)实现的OFDM系统，如图所示。OFDM系统实现模型从OFDM系统的实现模型可以看出，输入已经过调制的复信号经过串／并变换后，进行IDFT或IFFT和并／串变换，然后插入保护间隔，再经过数／模变换后形成OFDM调制后的信号s(t)。该信号经过信道后，接收到的信号r(t)经过模／数变换，去掉保护间隔，以恢复子载波之间的正交性，再经过串／并变换和DFT或FFT后，恢复出OFDM的调制信号，再经过并／串变换后还原出输入符号。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：（1）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(InterSymbolInterference，ISI)，通常要在每一时域OFDM符号前加上保护间隔(GuardInterval，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：yGI(n)=xGI(n)*h(n)+z(n)+w(n)(2)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)，接着将信道估计值和FFT解调值一同送入检测器进行相干检测，检测出每个子载波上的信息符号，最后通过反映射及信道译码恢复出原始比特流。除去循环前缀(CP)经FFT变换后的信号可表示为：（3）式中：H(m)为信道h(n)的傅里叶转换；Z(m)为符号间干扰和载波间干扰z(n)的傅里叶变换；W(m)是加性高斯白噪声w(n)的傅里叶变换。通过以上分析，我们需要在matalab中设计一些参数如1.保护间隔(GI)；2.循环前缀(CP)；OFDM基本参数的选择；4．有用符号持续时间；5．子载波数；6．调制模式。四、仿真结果及结论结果如图所示05101520253010-410-310-210-1100EbN0[dB]BerRayleighfading结论：由仿真所得的误码率曲线图可以看出，在信噪比逐渐增加的条件下，采用16QAM调制方式的误码率也逐渐变小。在满足仿真结果一的条件下即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④必须加高斯白噪声⑤接收端要对信道进行均衡，得到在数据传输过程中不同信噪比的BER性能结果，同时得到的BER曲线较为平滑。五、总结与体会总结：正交频分复用（OFDM）是一种多载波宽带数字调制技术。相比一般的数字通信系统，它具有频带利用率高和抗多径干扰能力强等优点，因而适合于高速率的无线通信系统。正交频分复用OFDM是第四代移动通信的核心技术。本实验首先在前文简要介绍了OFDM基本原理。在给出OFDM系统模型的基础上，用MATLAB语言实现了整个系统的计算机仿真并给出参考设计程序。最后给出在不同的信道条件下，对OFDM系统误码率影响的比较曲线，得出了较理想的结论，通过详细分析了了技术的实现原理，用软件对传输的性能进行了仿真模拟并对结果进行了分析。噪比的不断增大，误码率在不断减小，究其原因，主要是随着信噪比的增加，噪声功率有所下降，因而误码率也随之下降。体会：在这次实验过程中我通过用matlab编程，提高了我的编程能力，同时也加深了我对OFDM系统框架的理解，对OFDM的基本原理有了一个清晰的认识，即OFDM是一种特殊的多载波传输方案，它通过串并转换将高速数据流分配到若干并行的低速子信道中进行传输，并行多载波传输对抗频率选择性衰落的性能比串行传输要强,对抗ISI的能力比串行传输要强。通过查找资料，我了解了正交频分复用(OFDM)以其独特的优点，在无线接入和移动高速传输中的应用前景非常广泛，是第四代移动通信的核心技术。在进行OFDM系统开发之前，系统的仿真是必要的，可以优化整个系统的参数和指标，缩短开发周期。本实验讨论了OFDM系统在16QAM调制方式下的性能，通过应用Matlab软件，建立OFDM系统模型，对系统进行性能分析，比较其优缺点，应用时可以根据实际需要找到最适合条件的、最优化的系统。但是在具体的设计过程中，还有许多更复杂的问题，尤其是同步问题，需要进一步解决参数的进一步优化及如何与高效信道编码技术相结合的问题，从而使OFDM更加适应未来通信发展的需要。我相信通过这次实验，对以后我若从事OFDM方面打下了一个基础，同时也提高了我的动手能力，加强了我对4G技术的兴趣，锻炼了我的分析问题的能力。六、主要仿真代码%OFDMclearall;clc;M=16;%调制方式采用16QAMNfft=256;%子载波个数Ng=Nfft/4;%保护间隔长度Nsym=Nfft+Ng;%一个OFDM的长度EbN0=[0:5:30];%信噪比取值N_iter=1e3;%噪声平滑次数sigPow=0;%初始信号功率fork=0:length(EbN0)Neb=0;%初始误比特数目form=1:N_iterX=randint(1,Nfft,M);Xmod=qammod(X,M);%比特流的映射x=ifft(Xmod);%ifftx_g=[x(Nfft-Ng+1:Nfft),x];%添加保护间隔，使用cp%生成一个多径锐利衰落信道h=[randn+randn*1i,randn+randn*1i];%2径锐利信道Lch=length(h);%信道长度y=conv(x_g,h);%信号通过信道%对添加高斯白噪声的信号求功率ifk==0y1=y(1:Nsym);sigPow=sigPow+y1*y1';continue;end%添加噪声snr=EbN0(k);noise_mag=sqrt((10.^(-snr/10))*sigPow/2);%求噪声的均方差noise=noise_mag*(randn(size(y))+randn(size(y))*1i);%求得噪声功率y_g=y+noise;%系统传输函数H=fft([h,zeros(1,Nfft-Lch)]);%接收端y_r=y_g(Ng+1:Nsym);%移除循环前缀CPY=fft(y_r);%信道的均衡Xmode_r(1:Nfft)=Y./H;X_r=qamdemod(Xmode_r,M);%逆映射Neb=Neb+sum(sum(de2bi(X_r,4)~=de2bi(X,4)));%误码比特个数endifk==0sigPow=sigPow/Nsym/N_iter/4;elseBer(k)=Neb/(4*Nfft*N_iter);endend%画出误比特率与信噪比的图像semilogy(EbN0,Ber,'-*');Legend('Rayleighfading');xlabel('EbN0[dB]');ylabel('Ber');