无线通信原理基于matlab的ofdm系统设计与仿真样本.doc

基于matlabofdm系统设计与仿真

摘要
OFDM即HYPERLINK""\t"_blank"正交频分复用技术，事实上是多HYPERLINK""\t"_blank"载波调制中一种。其重要思想是将HYPERLINK""\t"_blank"信道提成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行低速子数据流，调制到互相正交且重叠各种子载波上同步传播。该技术应用大幅度提高无线通信系统信道容量和传播速率，并能有效地抵抗多径衰落、抑制干扰和窄带噪声，如此良好性能从而引起了通信界广泛关注。
本文设计了一种基于IFFT/FFT算法与802.11a原则OFDM系统，并在计算机上进行了仿真和成果分析。重点在OFDM系统设计与仿真，在这某些详细简介了系统各个环节所使用技术对系统性能影响。在仿真过程中对OFDM信号使用QPSK调制，并在AWGN信道下传播，最后解调后得出误码率。整个过程都是在MATLAB环境下仿真实现，对ODFM系统仿真成果及性能进行分析，通过仿真得到信噪比与误码率之间关系，为该系统详细实现提供了大量有用数据。

ODMF系统基本原理
1.1多载波传播系统
多载波传播通过把数据流分解为若干个子比特流，这样每个子数据流将具备较低比特速率。用这样低比特率形成低速率多状态符号去调制相应子载波，构成了各种低速率符号并行发送传播系统。在单载波系统中，一次衰落或者干扰就会导致整个链路失效，但是在多载波系统中，某一时刻只会有少某些子信道会受到衰落或者干扰影响。图1－1中给出了多载波系统基本构造示意图。

图1-1多载波系统基本构造
多载波传播技术有许各种提法，例如正交频分复用(OFDM)、离散多音调制(DMT)和多载波调制(MCM)，这3种办法在普通状况下可视为同样，但是在OFDM中，各子载波必要保持互相正交，而在MCM则不一定。
1.2正交频分复用
OFDM就是在FDM原理基本上，子载波集采用两两正交正弦或余弦函数集。函数集{}，{}(n,m=0,1,2…)正交性是指在区间()内有正弦函数同理：
其中（1-1）
依照上述理论，令N个子信道载波频率为,,……,，并使其满足下面关系：，其中为单元码持续时间。单个子载波信号为：
（1-2）
由正交性可知：（1-3）
由式（1-3）可知，子载波信号是两两正交。这样只要信号严格同步，调制出信号严格正交，理论上接受端就可以运用正交性进行解调。OFDM信号表达式与FDM同样，区别在于信号频谱。OFDM信号频谱与FDM频谱状况对例如图1－2所示。由图1－2可以看出，由于采用原理不同样，FDM中接受端需要频率分割，因而需要较宽保护间隔。OFDM系统接受端运用正交性解调，相邻子信道频谱在一定限度上是可以重叠。

图1-2FDM与OFDM频谱
1.3OFDM基本原理
一种OFDM符号之内涉及各种通过调制子载波合成信号，其中每个子载波都可以受到相移键控(PSK)或者正交幅度调制(QAM)符号调制。如果N表达子信道个数，T表达OFDM符号宽度，di(i＝0，1，…，N—1)是分派给每个子信道数据符号，f0是第0个子载波载波频率，rect(t)＝1，∣t∣≤T／2，则从t＝ts开始OFDM符号可以表达为：

(1-4)

图1－3中给出了OFDM系统基本模型框图，其中fi=f0+i/T。

图1-3OFDM系统基本模型
图1－4给出了一种OFDM符号内涉及4个子载波实例。

图1-4一种OFDM符号内涉及4个子载波实例
由图中可以看出，每个子载波在一种OFDM符号周期内都包括整数个周期，并且相邻子载波相差一种周期。这样可以保证子载波间互相正交性。即

（1-5）

例如对上式1-4第j个子载波进行解调，然后再时间长度T内进行积分，即

（1-6）

依照上式可以看到，对第j个子载波进行解调可以恢复出盼望符号dj。而对于其她载波来说，由于在积分间隔内，频率差别(i—j)/T可以产生整数倍个周期，因此其积提成果为零。
1.4迅速傅里叶变换(FFT/IFFT)
在OFDM系统实际应用中，可以用迅速傅里叶变换(FFT/IFFT)。N点IDFT运算需要实行N2次复数乘法，而IFFT可以明显地减少运算复杂度。对于惯用基2IFFT算法来说，其复数乘法次数仅为(N/2)log2(N)，并且随着子载波个数N增长，这种算法复杂度之间差距也越明显，IDFT计算复杂度会随N增长而呈现二次方增长，IFFT计算复杂度增长速度只是稍稍快于线性变化。对于子载波数量非常大OFDM系统来说，可以进一步采用基4IFFT算法。在4点IFFT运算中，只存在{1,－1,j,－j}相乘运算，因而不需要采用完整乘法器来实行这种乘法，只需要通过简朴地加、减以及互换实部和虚部运算(当与－j，j相乘时)