基于malab的正交頻分復(fù)用解調(diào)性能仿真

基于malab的正交頻分復(fù)用解調(diào)性能仿真

0循環(huán)前置cp傳輸r.w.1968年寫的一篇關(guān)于如何將帶限的正交信號(hào)應(yīng)用于多通道的文章開始。他首先提出了在線性范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)通信信道無信號(hào)干擾（ici：interproceduralbiner’symbol語(yǔ)句）和符號(hào)干擾（ii：intersymbol語(yǔ)句）的多通道傳輸原理。1967年,B.R.Saltzberg分析了該傳輸技術(shù)的性能,指出這種方式數(shù)據(jù)的傳輸速率可以非常接近Nyquist速率,而且多窄帶信道對(duì)抗時(shí)延和幅度畸變也非常有效。1971年,Weinstein和Ebert發(fā)現(xiàn)了通過IDFT和DFT快速實(shí)現(xiàn)OFDM的調(diào)制和解調(diào)方法,為后來OFDM廣泛應(yīng)用于通信領(lǐng)域開辟了道路。Peled和Ruiz于1980年提出了循環(huán)前綴CP(CyclicPrefix)的概念,用于解決保持子載波正交性的問題。隨著DSP技術(shù)快速發(fā)展和高速無線數(shù)據(jù)傳輸研究熱潮的興起,OFDM技術(shù)憑借其固有的對(duì)時(shí)延擴(kuò)展較強(qiáng)的抵抗力和較高的頻譜效率兩大優(yōu)勢(shì)迅速成為研究的焦點(diǎn),并被無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.11a,IEEE802.11g,IEEE802.16,Hiperlan/2(HighPerformanceLANtype2)以及數(shù)字音頻廣播(DAB)、數(shù)字用戶環(huán)(xDSL),地面數(shù)字電視系統(tǒng)(DVB-T,ISDB)、第4代移動(dòng)通信(4G)等技術(shù)方案所采納。1基于時(shí)域數(shù)據(jù)信號(hào)kOFDM的主要思想是將串行的數(shù)據(jù)流串并轉(zhuǎn)換成比特速率較低的N個(gè)并行支路碼流,每個(gè)支路碼流再調(diào)制在一個(gè)子載波上,最后將每個(gè)子載波合成輸出。由于這些子載波信號(hào)相互正交,使得各子載波的頻譜可以重疊,大大提高了頻譜效率。OFDM系統(tǒng)作為一種特殊的多載波系統(tǒng),設(shè)每個(gè)數(shù)據(jù)周期為Ts,數(shù)據(jù)流被串并轉(zhuǎn)換為N路并行低速率碼流,其周期為T=NTs,每個(gè)支路并行碼流用一個(gè)載波發(fā)送,子載波的頻率即子載波的頻率fi=fc+i/(NTs),i=0,1,…,N-1,要相互正交。OFDM信號(hào)可表示為其中di是在第OFDM符號(hào)的第i個(gè)子載波上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)符號(hào),N是OFDM系統(tǒng)的子載波數(shù),Ts為OFDM符號(hào)間隔,也就是每個(gè)子載波上傳輸?shù)膯蝹€(gè)符號(hào)的持續(xù)時(shí)間。設(shè)fc=0,用t=kTs,k=0,1,…,N-1對(duì)式(1)進(jìn)行采樣可以得到N個(gè)樣值,即可以看到時(shí)域數(shù)據(jù)信號(hào)sk等效對(duì)頻域數(shù)據(jù)信號(hào)di進(jìn)行IFFT運(yùn)算。同樣在接收端,為了恢復(fù)出原始的數(shù)據(jù)符號(hào)di,可以對(duì)sk進(jìn)行逆變換,即FFT得到這樣用IFFT/FFT模塊就可實(shí)現(xiàn)OFDM系統(tǒng)的調(diào)制解調(diào)過程,大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的硬件構(gòu)成。OFDM調(diào)制解調(diào)的基本原理框圖如圖1所示。2模擬分析2.1基于matlab的雙通道型根據(jù)OFDM的工作原理,構(gòu)建仿真模型如圖2所示。仿真參數(shù)設(shè)置:FFT運(yùn)算點(diǎn)數(shù)fl=128,子載波個(gè)數(shù)para=128,循環(huán)前綴長(zhǎng)度gl=32,OFDM符號(hào)個(gè)數(shù)Ns=6,調(diào)制方式為QPSK。在發(fā)送端,利用matlab的rand()函數(shù)產(chǎn)生0、1隨機(jī)數(shù)。隨機(jī)序列經(jīng)過串并轉(zhuǎn)換,將隨機(jī)產(chǎn)生的二進(jìn)制矩陣變換為行數(shù)為para,列數(shù)為2Ns的矩陣,然后進(jìn)行QPSK調(diào)制,映射為頻域信號(hào),分為正交q、同相i通道。調(diào)制后的復(fù)信號(hào)x(n)=i(n)+jq(n)經(jīng)過ifft(x)運(yùn)算,實(shí)現(xiàn)多載波調(diào)制,輸出為時(shí)域信號(hào)。信號(hào)的正交q(n)、同相i(n)分量如圖3所示。將每個(gè)OFDM符號(hào)的后面gl長(zhǎng)度復(fù)制,加到前面,從而構(gòu)成具有循環(huán)前綴的OFDM信號(hào),最后經(jīng)并串轉(zhuǎn)換,形成復(fù)數(shù)發(fā)射數(shù)據(jù)。在接收端經(jīng)過去循環(huán)前綴、FFT、QPSK解調(diào)、并串轉(zhuǎn)換等逆變換得到輸出的原始數(shù)據(jù)。2.2改變snr的誤差以6個(gè)OFDM符號(hào)為一幀進(jìn)行傳輸,信道為AWGN,在OFDM接收端利用matlab的awgn()函數(shù)加入SNR分貝的高斯白噪聲,如圖4所示。改變SNR,觀察接收星座圖,計(jì)算誤碼率。當(dāng)SNR分別為5dB、20dB時(shí),接收星座圖如圖5、6所示。很明顯,SNR越高,星座越清晰,越有利于正確判決。當(dāng)SNR為0~30dB范圍變化時(shí),仿真的誤碼率曲線如圖7所示?？梢?SNR越高,誤碼率越小。2.3頻率偏差的影響OFDM系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)在于其對(duì)載波頻偏較為敏感,該載頻偏差主要是由收發(fā)端的載頻振蕩器的差別、多普勒頻移和非線性信道引入的相位噪聲等因素引起的。如果頻率偏差是子載波間的隔的整數(shù)倍,雖然子載波之間仍然能夠保持正交,但是頻率采樣值已經(jīng)偏移了n個(gè)子載波的位置,造成映射在OFDM頻譜內(nèi)的數(shù)據(jù)符號(hào)的誤碼率高達(dá)0.5。頻率偏差一是造成了OFDM系統(tǒng)的有用信號(hào)的幅度衰減和相位旋轉(zhuǎn)。幅度的衰減主要是由于各子載波上不是在其頻譜的sinc函數(shù)的峰值處采樣的;二是破壞了子載波間的正交性,引入(Inter-carrierInterference:ICI)。相鄰子載波間產(chǎn)生串?dāng)_,主要是因?yàn)樗鼈儾皇窃谄渌黶inc函數(shù)的零點(diǎn)處采樣的。下面對(duì)頻偏影響進(jìn)行仿真。設(shè)信噪比SNR=20dB,其它仿真條件同2.1。圖8所示為無頻偏和有頻偏△F=0.25時(shí)的接收信號(hào)星座圖。圖9為誤碼率與頻偏的關(guān)系曲線。可見圖8(a)中信號(hào)的星座擴(kuò)散主要是因高斯噪聲引起的;圖8(b)中信號(hào)星座旋轉(zhuǎn)主要是因頻率誤差引起的。由圖9所示誤碼率曲線可知,隨著頻偏的增加,系統(tǒng)性能顯著惡化,因此,OFDM必須進(jìn)行精確的載波同步,使△F接近于0。