OFDM-系统16QAM-和QPSK-调制仿真分析

OFDM系统16QAM和QPSK调制仿真分析摘要：以研究ofdm系统中使用的最佳数字调制方式为目的，分析了ofdm系统的原理、信号处理流程，以及一般使用的数字调制方式，利用matlab对系统进行了仿真，对比了系统分别采用16qam和qpsk进行调制时的误码率，根据仿真曲线分析了二者的性能，得出系统在设定参数下特定信噪比时使用qpsk调制比16qam调制误码率更低。关键词：ofdm；仿真；16qam；qpsk中图分类号：tp311文献标识码：a文章编号：1009-3044（2013）15-3606-04ofdm（正交频分复用）技术是一种多载波调制方式，它最开始出现于20世纪50年代中期，不久被正式应用于军事通信系统。但是其发展受到了制约，因为传统的模拟技术不能有效地进行正交载波调制，而实现子载波的正交调制是ofdm的核心。后来由于ifft、fft快速发展并且被提出用于实现调制解调，加上大规模集成电路的飞速发展使得fft技术变得可行，ofdm的核心问题得到解决，从而得到很好的发展。目前，ofdm技术的主要应用有：非对称的数字用户环路（adsl）、数字音频广播（dab）、数字视频广播（dvb）、高清晰度电视（hdtv）等。而4g通信系统对高数据速率的要求也使得ofdm成为其关键技术之一，研究其性能变得意义重大。对于ofdm使用的数字调制方式，常用的有mpsk（m常取4、8）、16qam、64qam，不同的调制方式在效率和误码率上都有差异，该文分别采用16qam与qpsk对ofdm系统进行仿真，并分析仿真结果。1ofdm原理与16qam、qpsk调制1.1ofdm技术原理传统多载波调制技术是ofdm技术的前提和基础，ofdm是将高速串行的数据流转换成低速并行的子数据流，然后调制到相互正交的子信道上。一个ofdm符号包含多个经qpsk调制或16qam调制的子载波。如果一个ofdm系统有n个正交子载波，其基带子载波可以表示为：[φk（t）=ejt2πfk]，fk为第k个子载波的频率调制n个并行数据后的ofdm符号可表示为[s（t）=1nk=0n-1xkφk（t），0tnt]式中，xk为第k个子载波上调制的复信号，t为系统采样间隔，在无过采样的情况下t=1/b，b为系统带宽，nt为ofdm符号长度。子载波频率fk是子载波间隔（[bn=1nt]）的整数倍，有[fk=knt，k=0，1，…，n-1]使得子载波φk（t）在0tnt区间内保持相互正交。在频域上，信号s（t）的频谱是正交重叠的，相比其他调制方式带宽利用率要高很多。由于ofdm将高速串行数据流转换成并行数据流，增大了符号周期，从而对无线信道上的时间弥散有更强的抵抗作用。另外，ofdm通过插入循环前缀cp来克服频率选择性衰落导致的码间干扰isi。1.216qamqam就是正交幅度调制，16qam有16种调制状态，因而一种状态可以表示4bit信息。其仿真过程就是将数据流按每4bit一组，将其转换成10进制数（16种取值：从0000到1111），再将每个取值映射到复平面上的一个对应状态，如图1。其中，编码是为了提高信道的可靠性而对信号进行纠错编码，但它只能解决单个或比较短的差错，如果比特差错成串发生，则需要使用交织技术将这些误差分散。数字调制是将交织后的信号进行16qam或qpsk调制。导频用于信道估计，通过导频畸变获得系统性能。ifft和fft是ofdm系统的核心部分，因为这是通过它们实现正交子载波的调制解调，插入循环前缀作为保护间隔时，只要保护间隔的长度大于最大时延扩展，就可以有效地消除码间串扰。接收信号后，系统处理流程与发送端相对应。根据ofdm的系统原理框图，可以设计出其仿真流程如下：2仿真结果分析仿真中，数字调制部分分别采用16qam和qpsk，得出图5和图6。从图中可以看出，在信噪比为0db的时候，两者的误码率几乎一样，但是随着信噪比的增加，采用qpsk的系统误码率下降速率比另一个快得多，图3在snr为10的时候误码率为10-1.5，而图4在相同snr值时误码率仅为10-3，且图4中没有信噪比snr大于11时的误码率，通过matlab矩阵看到，后面的误码个数均为0。3结论通过比较可以得出结论：在一定的参数和信噪比条件下，ofdm系统采用qpsk比采用16qam时误码率要低，有更好的传输性能。但是由于一个16qam状态能表示4位数据，而一个qpsk状态只能表示2位数据，因此，16qam的调制效率是qpsk的两倍。在实际的ofdm系统中，可以根据实际情况，如系统的信噪比、可靠性要求和传输速率要求等综合考虑，选择最佳调制方式。参考文献：[1]别志松，别红霞.信息与通信系统仿真[m].北京：北京邮电大学出版社，2010：184-193.[2]pingchen，linyunli.analysisandresoluttionofkeyissuesinofdmsystemsimulation[c].open-sourcesoftwareforscientificcomputation（ossc），2011internationalworkshopon.ieee，2011：98-101.[3]pingchen，peiwang，jiangfengsun.designandimplementoftheofdmcommunicationsystem[c].open-sourcesoftwareforscientificcomputation（ossc），2011internationalworkshopon.ieee，2011：59-63.[4]xiurongbao.matlabsimulationandperformanceanalysisofofdmsystem[c].2012internationalconferenceoncomputerscienceandinformationprocessing（csip）.ieee，2012：1423-1425.