OFDM高斯信道下的性能仿真.docx

数字通信原理实验报告 实验二：OFDM 高斯信道下的性能仿真 专 业 学 生 学 号 指导教师日 期 实验二：OFDM高斯信道下的性能仿真 一、实验目的 1、了解OFDM的基本原理； 2、了解OFDM的主要优缺点； 3、了解OFDM的实现方式。 二、实验原理 正交频分复用（OFDM）技术与频分复用（FDM）技术非常相似。OFDM 技术是将高速的数据流通过串/并变换，分配到速率相对较低的若干个子信道中进行传输，不同的是，OFDM 的频谱利用率更高。与 FDM 的主要区别有以下几方面[9：] 1）在平常的广播中，每一个基站在不同的频率上发送信号，有效地运用 FDM 来保证每个站点的分割隔，广播中每个站点都没同位和同步。但在 OFDM 信号内所有的子载波都在时间和频率上同步，使得子载波间的干扰被严格控制。这些复 频率 频率 传统的频分复用（ 传统的频分复用（FDM）多载波调制 节省带宽资源频率 节省带宽资源 频率 正交频分复用（OFDM）多载波调制 用的子载波载在频域中交错重叠，又因为调制的正交性且采用循环前缀作为保护间隔，所以不会发生载波间干扰（ICI）。2）对于 FDM 系统而言，传输的信号必须在两个信道之间存在频率间隔来防止干扰，因此，降低了劝不动频谱利用率。而 OFDM 的子载波正交复用技术大大提高了频谱利用率，如下图所示。 OFDM 是一种多载波传输技术，可以被看作一种调制技术，也可以被看作一种复用技术。多载波传输是把数据流分解成若干子比特流，这样每个子数据流将 有低得多的比特速率，用这样的低比特速率形成的低速率多状态符号再去调制相应的子载波，构成了多个低速率符号并行发送的传输系统。 OFDM串/ 并交换……IDFT或IFFT OFDM 串/ 并 交换 … … IDFT 或 IFFT … … OFDM 插入 保护间隔 数/ 模 交换 S(t) 多径 传播 反 OFDM 并/串 交换 … … DFT 或 FFT … … 串/并 交换 去除 保护间隔 模/数 交换 ＋ r(t) n(t) 在发送端，输入的高速率数据流经过信道编码和交织后，再通过调制映射产生调制信号，插入导频信号后，经过串/并变换变成 N 个并行的低速率数据流，这样每 N 个并行数据构成一个 OFDM 符号。 经快速反傅里叶变换(IFFT)对每个 OFDM 符号的 N 个数据进行调制，变成时域信号为： x(n) ? IFFT ?X (m)?? ?N ?1 m ?0 X (m)e j 2?nm N n=0,1, ……,N-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。为了在接收端能够有效的抑制码间干扰(Inter Symbol Interference，ISI)，通常要在每一时域 OFDM 符号前加上保护间隔(Guard Interval，GI)。加保护间隔后的信号可表示为下式，最后信号经并／串变换及 D／A 转换，由发送天线发送出去。 G1x ?{x( N ?n),n?? NG1,? N ?1,??????,? G1 G1 x(n),n?0,1,??????N ?1 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) 然后，在去除 CP 后进行 FFT 解调，同时进行信道估计(依据插入的导频信号)，后面接着将信道估计值和 FFT 解调值一起送入检测器进行相干检测，检测每个子载波上的信息符号。最后经过反映射和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： Y (m) ? FFT[ y(n)] ? 1 ?N ?1 y(n)e? j 2?nm N , m=0,1, ……N-1 N n?0 Y (m) ? X (m)H (m) ? Z (m) ? W (m), m=0,1, ……N-1 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。 无线多径信道会使通过它的信号出现多径时延，此种多径时延如果扩展到下一个符号，就会造成符号问串扰，严重影响数字信号的传输质量。而采用OFDM 技术的主要原因之一是它可以有效地防止多径时延扩展。通过把输入的数据经过串／并变换后分配到 N 个并行的子信道上，使每个用于去调制子载波的数据符号周期可以扩大为原输入数据符号周期的 N 倍，因此时延扩展与符号周期的比值也同样可降低为 1／N。在 OFDM 系统中，为了能够最大限度地消除符号间干扰，可在每个 OFDM 符号之间插入保护间隔，而且该保护间隔的长度 Tg 一般要大于无线信道的最大时延扩展，这样一个符号的多径分量就不会