无线通信原理基于matlab的ofdm系统设计与仿真样本.doc

基于matlab的ofdm系统设计与仿真摘要OFDM即正交频分复用技术, 实际上是多载波调制中的一种。其主要思想是将信道分成若干正交子信道, 将高速数据信号转换成并行的低速子数据流, 调制到相互正交且重叠的多个子载波上同时传输。该技术的应用大幅度提高无线通信系统的信道容量和传输速率, 并能有效地抵抗多径衰落、 抑制干扰和窄带噪声, 如此良好的性能从而引起了通信界的广泛关注。本文设计了一个基于IFFT/FFT算法与802.11a标准的OFDM系统, 并在计算机上进行了仿真和结果分析。重点在OFDM系统设计与仿真, 在这部分详细介绍了系统各个环节所使用的技术对系统性能的影响。在仿真过程中对OFDM信号使用QPSK调制, 并在AWGN信道下传输, 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系统的仿真结果及性能进行分析, 经过仿真得到信噪比与误码率之间的关系, 为该系统的具体实现提供了大量有用数据。第一章 ODMF系统基本原理1.1多载波传输系统多载波传输经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有较低的比特速率。用这样的低比特率形成的低速率多状态符号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。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, 可是在多载波系统中, 某一时刻只会有少部分的子信道会受到衰落或者干扰的影响。图11中给出了多载波系统的基本结构示意图。图1-1多载波系统的基本结构多载波传输技术有许多种提法, 比如正交频分复用(OFDM)、 离散多音调制(DMT)和多载波调制(MCM), 这3种方法在一般情况下可视为一样, 可是在OFDM中, 各子载波必须保持相互正交, 而在MCM则不一定。1.2正交频分复用OFDM就是在FDM的原理的基础上, 子载波集采用两两正交的正弦或余弦函数集。函数集, (n,m=0,1,2)的正交性是指在区间()内有正弦函数同理: 其中 ( 1-1) 根据上述理论, 令N个子信道载波频率为, 并使其满足下面的关系: , 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的。这样只要信号严格同步, 调制出的信号严格正交, 理论上接收端就能够利用正交性进行解调。OFDM信号表示式与FDM的一样, 区别在于信号的频谱。OFDM信号的频谱与FDM频谱情况对比如图12所示。由图12能够看出, 由于采用的原理不一样, FDM中接收端需要频率分割, 因而需要较宽的保护间隔。OFDM系统的接收端利用正交性解调, 相邻子信道频谱在一定程度上是能够重叠的。图1-2 FDM与OFDM的频谱1.3 OFDM 基本原理一个OFDM符号之内包括多个经过调制的子载波的合成信号, 其中每个子载波都能够受到相移键控(PSK)或者正交幅度调制(QAM)符号的调制。如果N表示子信道的个数, T表示OFDM符号的宽度, di (i0, 1, , N1)是分配给每个子信道的数据符号, f0是第0个子载波的载波频率, rect(t)1, tT2, 则从tts开始的OFDM符号能够表示为: (1-4)图13中给出了OFDM系统基本模型的框图, 其中fi=f0+i/T。图1-3 OFDM 系统基本模型图14给出了一个OFDM符号内包括4个子载波的实例。图1-4 一个OFDM符号内包括4个子载波的实例由图中能够看出, 每个子载波在一个OFDM符号周期内都包含整数个周期, 而且相邻子载波相差一个周期。这样能够保证子载波间的相互正交性。即( 1-5) 比如对上式1-4的第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) 根据上式能够看到, 对第j个子载波进行解调能够恢复出期望符号dj。而对于其它载波来说, 由于在积分间隔内, 频率差别(ij)/T能够产生整数倍个周期, 因此其积分结果为零。1.4快速傅里叶变换(FFT/IFFT) 在OFDM系统的实际应用中, 能够用快速傅里叶变换(FFT/IFFT)。N点IDFT运算需要实施N2次的复数乘法, 而IFFT能够显著地降低运算的复杂度。对于常见的基2 IFFT算法来说, 其复数乘法的次数仅为(N/2)log2(N), 而且随着子载波个数N的增加, 这种算法复杂度之间的差距也越明显, IDFT的计算复杂度会随N增加而呈现二次方增长, IFFT的计算复杂度的增加速度只是稍稍快于线性变化。对于子载波数量非常大的OFDM系统来说, 能够进一步采用基4IFFT算法。在4点的IFFT运算中, 只存在1,1,j,j的相乘运算, 因此不需要采用完整的乘法器来实施这种乘法, 只需要经过简单地加、 减以及交换实部和虚部的运算(当与j, j相乘时)来实现这种乘法。在基4算法中, IFFT变换能够被分为多个4点的IFFT变换, 这样就只需要在两个级别之间执行完整的乘法操作。因此, N点的基4IFFT算法中只需要执行(3/8)Nlog2(N2)次复数乘法或相位旋转, 以及Nlog2N次复数加法。1.5 保护间隔、 循环前缀应用OFDM的一个重要原因在于它能够有效的对抗多径时延扩展。经过把输入数据流串并变换到N个并行的子信道中, 使得每一个调制子载波的数据周期能够扩大为原始数据符号周期的N倍。为了最大限度的消除符号间干扰, 还能够在每个OFDM符号间插入保护间隔(GI), 而且该保护间隔长度一般要大于无线信道中的最大时延扩展, 这样一个符号的多径分量就不会对下一个符号造成干扰。在这段保护间隔内, 能够不插入任何信号, 即是一段空闲的传输时段。但在这种情况中, 由于多径传播的影响, 则会产生信道间干扰(ICI), 即子载波之间的正交性遭到破坏, 不同的子载波之间产生干扰, 这种效应如图1-5所示。图1-5 子载波间干扰由于每个OFDM符号中都包括所有的非零子载波信号, 而且也同时会出现该OFDM符号的时延信号, 因此图1-5中给出了第一子载波和第二子载波的时延信号。从图中能够看到, 由于在FFT运算时间长度内, 第一子载波与带有时延的第二子载波之间的周期个数只差不再是整数, 因此当接收机试图对第一子载波进行解调时, 第二子载波会对此造成干扰。同时, 当接收机对第二子载波进行解调时, 也会来自第一子载波的干扰。Tg在系统带宽和数据传输速率都给定的情况下, OFDM信号的符号速率将远远低于单载波的传输模式, 例如在单载波BPSK调制模式下, 符号速率相当于传输的比特速率, 而在OFDM中, 系统带宽由N个子载波占用, 符号速率则为单载波传输模式的1/N。正是因为这种低符号速率使OFDM系统能够自然的抵抗多径传输导致的码间干扰。另外, 经过在每个符号的起始位置增加保护间隔能够进一步抵制ISI, 还能够减少在接收端的定时偏移错误。这种保护间隔是一种循环复制, 增加了符号的波形长度, 在符号的数据部分, 每一个子载波内有一个整数倍的循环, 此种符号的复制产生了一个循环的信号, 即将每一个OFDM的后时间中的样点复制到OFDM符号的前面, 形成前缀, 在交接点没有任何的间断。因此将一个符号的尾端复制并补充到起始点增加了符号的时间长度, 如图1-6所示。图1-6 保护间隔和循环前缀1.6 OFDM 系统的优点和缺点1.61 OFDM 系统的优点近年来, OFDM系统已经越来越得到人们的广泛关注, 其原因在于OFDM系统存在如下的主要优点: ( 1) 把高速数据流经过串并转换, 使得每个子载波上的数据符号持续长度相对增加, 从而能够有效地减小无线信道的时间弥散所带来的ISI, 这样就减小了接收机内均衡的复杂度, 有时甚至能够不采用均衡器, 仅经过采用插入循环前缀的方法消除ISI的不利影响。( 2) 传统的频分多路传输方法中, 将频带分为若干个不相交的子频带来传输并行的数据流, 在接收端用一组滤波器来分离各个子信道。这种方法的优点是简单、 直接, 缺点是频谱的利用率低, 子信道之间要留有足够的保护频带, 而且多个滤波器的实现也有不少困难。而OFDM系统由于各个子载波之间存在正交性, 允许子信道的频谱相互重叠, 因此与常规的频分复用系统相比, OFDM系统能够最大限度地利用频谱资源。( 3) 各个子信道中的这种正交调制和解调能够采用IDFT和DFT方法来实现。对于N很大的系统中, 我们能够经过采用快速傅里叶变换(FFT)来实现。随着大规模集成电路技术与DSP技术的发展, IFFT和FFT都是非常容易实现的。( 4) 无线数据业务一般都存在非对称性, 即下行链路中传输的数据量要远远大于上行链路中的数据传输量。另一方面, 移动终端功率一般小于1W, 在大蜂窝环境下传输速率低于10kbit/sl00kbit/s; 而基站发送功率能够较大。有可能提供1Mbit/s以上的传输速率。因此无论从用户的数据业务的使用需求, 还是从移动通信系统自身的要求考虑, 都希望物理层支持非对称高速数据传输。而OFDM系统能够很容易地经过使用不同数量的子信道来实现上行和下行链路中不同的传输速率。( 5) 由于无线信道存在频率选择性, 不可能所有的子载波都同时处于比较深的衰落情况中, 因此能够经过动态比特分配以及动态子信道分配的方法, 充分利用信噪比较高的子信道, 从而提高系统的性能。而且对于多用户系统来说, 对一个用户不适用的子信道对其它用户来说可能是性能比较好的子信道, 因此除非一个子信道对所有用户来说都不适用, 该子信道才会被关闭, 但发生这种情况的概率非常小。( 6) OFDM系统能够容易与其它多种接入方法相结合使用, 构成OFDMA系 统 , 其 中 包 括 多 载 波 码 分 多 址 MCCDMA 、 跳 频 OFDM 以 及OFDMTDMA等等, 使得多个用户能够同时利用OFDM技术进行信息的传递。( 7) 因为窄带干扰只能影响一小部分的子载波, 因此OFDM系统能够在某种程度上抵抗这种窄带干扰。1.62 OFDM 系统的缺点( 1) 易受频率偏差的影响: 由于子信道的频谱相互覆盖, 这就对它们之间的正交性提出了严格的要求。然而由于无线信道存在时变性, 在传输过程中会出现无线信号的频率偏移, 会使得OFDM系统子载波之间的正交性遭到破坏, 从而导致子信道间的信号相互干扰(ICI), 这种对频率偏差敏感是OFDM系统的主要缺点之一。( 2) 存在较高的峰值平均功率比: 与单载波系统相比, 由于多载波调制系统的输出是多个子信道信号的叠加, 因此如果多个信号的相位一致时, 所得到的叠加信号的瞬时功率就会远远大于信号的平均功率, 导致出现较大的峰值平均功率比(PAR)。这样就对发射机内放大器的线性提出了很高的要求, 如果放大器的动态范围不能满足信号的变化, 则会为信号带来畸变, 使叠加信号的频谱发生变化, 从而导致各个子信道信号之间的正交性遭到破坏, 产生相互干扰, 使系统性能恶化。第二章 OFDM系统的设计2.1 OFDM帧结构的设计和许多数字通信系统一样, 在OFDM系统中, 被发送的信号也是以帧来组织在一起的。本文仿真时所采用的结构借鉴了802.11a标准, 并对其进行了简化。每一个OFDM帧由多个OFDM符号组成, 对QPSK调制采用每帧6个符号。当FFT长度为64点时, 每一个OFDM符号由一组长度等于52的子载波组成, 其中48个子载波用来传输数据, 4个子载波用来传输导频。这里不作导频方面考虑, 52个子载波均用来传输数据, 每个符号的持续时间为Ts。每个符号由数据部分和保护间隔部分组成。传输数据部分的持续时间长度为TU, 保护间隔持续时间长度为Tg, 这也是本文前面所提到的在OFDM系统中起到很大作用的循环前缀所占的时间段。OFDM信号包含许多独立调制的载波, 因此能够认为每一个OFDM符号是由许多个片组成, 每一个符号中的一片可被看作是被调制在相应的子载波上。OFDM系统参数见表21。表2-1 OFDM系统参数子载波数52有用OFDM符号持续时间Tu( us) 3.2保护间隔持续时间Tg( us) 0.8每个OFDM符号持续时间Ts( us) 4子载波频率间隔( MHz) 0.3125带宽( MHz) 20OFDM符号速率( symbol/s) 2500002.2系统仿真流程图2-1给出了本次实验仿真的流程图。实验假设待传数据已经经过信源编码和信道编码, 因此仿真从QPSK调制待传数据开始。下面根据流程图详细介绍仿真的具体过程。图2-1 仿真流程图2.3串并变换624个0、 1代码要使用OFDM系统进行传输, 因为子载波数为52, 因此要经过串并变换变为52行、 12列的数据。2.4 QPSK调制数字基带信号的频谱集中分布在低频段, 不适合直接在带通信道中传输, 为了在带通信道中传输数字信号, 必须采用数字调制技术将基带信号的频谱搬移到适合信道传输的频段再进行传输, 这种通信方式称为数字信号的载波传输。QPSK调制的原理是把相继两个码元的四种组合( 00,01,10,11) 对应于正弦波的四个相位。Si(t)=cos(ct+Qi); ( i=1, 2, 3, 4) ; ( T/2 t T/2) 当Qi=0, /2, , /4, 3/4时, Si(t)=b0cosct+b1sinct, 相应的当Qi是/4, 3/4时, ( b0 , b1)=(1,1)(1,1)(1,1)(1,1)。图2-2 QPSK格雷码映射星座图经过上面的星座图能够发现, 0映射为1。因此仿真时只要将相邻的两列数据分别映射到I信道和Q信道上, 并将0映射为1, 并将此二列进行复数相加, 再乘以归一化因子, 即可得到调制结果。对于QPSK, 本实验调制结果为52行6列的复数。解调时, 只要进行相反的过程, 并将0作为判决电平, 即可实现数据的解调恢复。2.5 IFFT将实验调制后所得数据送入到 IFFT 的端口。在实际应用中, 对一个 OFDM 符号进行 N 次采样, 或者 N 点IFFT运算所得到的N个输出样值往往不能真正地反映连续OFDM符号的变化特性。其原因在于, 没有使用过采样。当这些样值点被送到模数转换器时, 就有可能导致生成伪信号, 这是系统中所不能允许的。这种伪信号的表现就是, 当采样点数较少时, 当采样值被还原之后, 信号中将不再含有原有信号中的高频成分, 呈现出虚假的低频信号。因此针对这种伪信号现象, 一般都需要对OFDM符号进行过采样, 即在原有的采样点之间在添加一些采样点、 构成更多个采样值。这种过采样的实施也能够经过利用IFFTFFT的方法来实现实施。IFFT运算时, 需要在原始的N个输入值中添加一些零即可。在本次试验中, 采用了matlab工具中自带的IFFT函数, 当过采样时, 她会自动在信号的尾部补零。2.6 加入保护间隔和并串变换802.11a的保护间隔长度为FFT时间的1/4, 因此只需要将FFT的输出结果I信道和Q信道的数据后1/4的部分拷贝到前端即可。加保护间隔后的I信道和Q信道数据经过并串转换后, 在实际传输过程中调制到一个高频载波上进入信道。2.7 AWGN信道我们定义传输信号、 高斯白噪声和接收信号分别为s(t),n(t),r(t)。其间的关系为: r(t)=s(t)+n(t)。 (2-1)n(t)是AWGN过程的样本函数, 概率密度函数和功率谱密度的关系如下: nn(f)=(1/2)N0W/Hz (2-2)N0是常数, 一般被叫做噪声功率密度。在用 MATLAB 仿真时, 我们使用内建函数randn。由此能够产生随机数矩阵, 其均值为0, 方差为1。因此, 如果我们给带有同相和正交信道的数字调制信号idata和qdata加入带有功率1的AWGN噪声时可得( 2-3) 然而, 仿真时我们一般计算不同噪声功率时的BER表现, 我们把噪声功率定义为变量npow, 可是idata和qdata是电压, 因此我们必须把变量npow换算成电压, 我们定义变量attn, 其与npow的关系为: ( 2-4) 因此修改后, 受功率为 npow 的噪声影响的输出数据为: ( 2-5) 在OFDM系统中, 信噪比与噪声功率npow、 每个载波上的信号功率spow、 每个载波的比特率br和OFDM符号率sr有如下关系: 则, 当我们知道信噪比、 比特率和符号率时, 就可根据上式计算出attn以及npow。2.8 串并转换 去保护间隔经信道后的串行数据在实际传输中, 从射频波上解调下后, 重新恢复成I信道和Q信道两路数据。再经过串并转换后, 变成并行数据。I、 Q两路数据在QPSK下为806矩阵。然后将前 1/4 的保护间隔去除, 对于QPSK则变为646矩阵。2.9 FFT在进行FFT时, 先将I信道和Q信道两路数据复数相加, 然后进行FFT变换。变换后的数据再将实部、 虚部分别取出, 按照IFFT的自动插零方式, 将数据尾部的补零全部删除, 再存入I信道和Q信道。这样, I信道和Q信道的数据在QPSK下变为526矩阵。然后将此两路数据送入解调模块, 分别除以归一化因子后按照进行解调, 解调输出为5212的数据。第三章 OFDM系统仿真及实验结果3.1 计算机仿真3.11 仿真平台 硬件CPU: Core(TM) i5 M430 2.27GHz内存: 2.00GB RAM 软件操作系统: Microsoft Windows 7仿真软件: The MadiWorks Inc. Matlab版本R b 7.13Matlab是一种强大的工程计算软件, 是功能强、 效率高、 便于进行科学和工程计算的交互式软件包。其工具箱中包括: 数值分析、 矩阵运算、 通信、 数字信号处理、 建模和系统控制等应用工具程序, 并集应用程序和图形于一便于使用的集成环境中。在此环境下所解问题的Matlab语言表述形式和其数学表示形式相同, 不需要按传统的方法编程。Matlab的特点是编程效率高, 用户使用方便, 扩充能力强, 语句简单, 内涵丰富, 高效方便的矩阵和数组运算, 方便的绘图功能。3.12 仿真流程预设该基带OFDM系统的仿真参数如下: 带宽: 20 MHz载波数: 52IFFT长度: 64OFDM符号持续时间: 4s保护间隔持续时间: 0.8sOFDM符号速率: 250000 symbol/s本仿真要在信道解码前后分别计算误码率BER。由于实验中并没有经过信道编码的过程, 因此BER误码率表示的是没经过信道编码时的系统误码率, 能够反映OFDM系统原始的抗干扰能力。图3-1 仿真流程图3.2 系统性能分析传输系统的性能指标是描述传输系统性能的参数, 也是考核传输系统和设备优劣的主要依据, 系统的性能指标主要有下面几个。3.21 比特率比特率是指二元数字码流的信息传输速率, 单位是bit/s, 表示每秒可传输二元比特的数量。在本系统结构中, OFDM系统内信息都以二元数字信号表示, 因此其中各环节传输和处理信息的速率用比特率表示。系统传输的比特率计算公式为: 比特率OFDM符号速率子载波数每个载波的比特数, 对于QPSK调制每个载波的比特数为2。对于QPSK调制, 比特率: 25000052226Mbit/s3.22 频谱效率通信系统的有效性是以信号的频谱效率来描述的。频谱效率的单位是bit/s/Hz, 代表每赫兹带宽的传输频道上能够传输比特率为多高的数字信息。频谱效率主要用于衡量各种数字调制技术的效率, 在数量上等效于每个调制符号所映射的比特数。对于BPSK或2ASK等低容量调制技术, 所能够实现的理论最高频谱效率为1bit/s/Hz; 而QPSK所能够实现的理论最高频谱效率为2bit/s/Hz; 对于64QAM这样的高容量调制技术, 所能够实现的理论最高频谱效率达6bit/s/Hz。频谱效率越高, 在相同的带宽、 相同的时间内能够传输的数字信息就越多。对于QPSK, 频谱效率: 26/20=1.3 bit/s/Hz3.23 误比特率数字通信系统的可靠性能是用误码率来表示的。误码率是指在经过通信系统的传输后, 送给用户的接收数字码流与信源发送出的原始码流相比, 发生错误的码字数占信源发送出的总码字数的比例。3.3 实验数据和分析3.31 待传数据的产生为仿真OFDM系统, 需要先设置生成待接收解调的OFDM信号, 按照上文参数设置的要求, 产生相应的OFDM信号。以待测试仿真接收系统的性能, 产生OFDM信号的MATLAB程序如下: 运行程序后, 可产生一包括52*2*6=624个0、 1的一维数组, 这个一维数组作为实验的待传数据, 其波形入图3-2所示。图3-2 随机二元信号3.32 串并变换 QPSK调制将随机二元信号进行串并变换, 用52*12的数组存放信号, 再将信号进行QPSK调制。在QPSK调制中, 我选择了B方式规定四个相位, 分别为pi/4、 3*pi/4、 5*pi/4和7*pi/4。进行调制时, 每次输入矩阵的两列相邻数据, 当数据为00时对应5*pi/4,为01时对应3*pi/4、 10时对应7*pi/4、 11时对应pi/4。调制程序如下: 经过调制后, 52*12的矩阵变成52*6的复数矩阵, 信号图如3-3所示。图3-3 QPSK调制星座图3.33 IFFT将调制后的数据送入IFFT端口进行IFFT变换, 程序为: 变换后的OFDM时域图像如下图3-4示。图3-4 OFDM信号时域图图中的六幅图分别表示一帧OFDM信号里的六个符号的时域图。3.34 添加循环前缀802.11a标准规定, 保护间隔长度应为IFFT时间的四分之一, 因此只需将数据后面的四分之一部分移到原有数据的前面即可。程序如下: 加入循环前缀后, OFDM信号的时域图发生了变化, 其波形如图3-5示。图3-5 添加循环前缀的OFDM信号时域图3.35 生成发送信号 并串变换将加入了循环前缀的信号进行并串变换, 然后送入信道进行传送。运行程序后, 可得一帧OFDM信号的时域图3-6。图3-6 一帧OFDM信号时域图3.35 AWGN信道 用matlab模拟不同信噪比的AWGN信道, 程序如下: 3.36 串并变换 去除循环前缀当接收端接收到信号后, 首先将信号进行串并变换, 形成80*6的矩阵存放信号数据。将这个矩阵去除循环前缀后, 可还原得到IFFT变换后的发送数据如图3-7。图3-7 移除接收到信号循环前缀后的OFDM信号时域图与图3-4相比较, 能够看出在经过AWGN信道后, 信号存在一定的干扰。3.37 FFTIFFT的逆变换, 由于在IFFT时, 信号自动在尾部补入了零载波, 因此进行FFT变换后, 应将多余的载波删除。3.37 QPSK解调 FFT变换后, 开始进行信号的QPSK解调。解调是调制的逆过程, 因此只需要判断复数矩阵实部和虚部的正负, 以0为判决门限, 就能够还原二元信号。具体程序如下: 运行程序后, 解调了QPSK信息符号, 经过星座图反映射还原出发送信号。接收信号的星座图如3-8所示。图3-7 接收信号星座图由图3-7与图3-3可知, AWGN信道对于信号的传输有一定影响, 采用了QPSK调制方式后, 虽然信号大部分存在偏差, 但在解调的时候这些较小偏差对系统并没有造成很大影响, 因此大多数还能还原成原信号。3.38 信号还原解调过后的信号经过并串变换后, 还原出发送的信号。经过下面程序能够观察还原出来的信号。图3-8 接收信号经过对比图3-2与图3-8可知, 发送信号与接收信号基本一致, 成功实现了OFDM系统的设计。3.39 误码率分析误码率是在经过通信系统的传输后, 送给用户的接受数字码流与信源发送出的原始码流相比, 发生错误的码字数占信源发送出的总码字数的比例。误码率=发错的位数/传输的总位数 本文对于每个信噪比下, 进行了人为的十次循环, 共产生10个错误比特率, 并对其取平均, 最后得到该信噪比下对应的取平均之后的误比特率。MATLAB代码如下: 本次仿真是在AWGN信道下, 分析采用QPSK调制的OFDM系统的的抗噪声性能。当前数字通信系统中, 用于衡量信号能量与噪声能量之比的量主要有3个:SNR(整个带宽上信号功率与噪声功率之比)、 Eb/No(一个数据位的能量与噪声的功率密度之比)、 Es/No (一个数据位的能量与噪声的功率密度之比)。本文使用的是的SNR。下面对于不同的SNR进行仿真, 最后得到信噪比( SNR) 和误码率( BER) 关系表3-1和图3-11。表3-1信噪比( SNR) 和误码率( BER) 关系表SNR(dB)234567891011BER(%)5.403.802.2441.3460.5610.2720.048000SNR(dB)12131415161718192021BER(%)0000000000当snr=10时, 解调后星座图如下图示: 图3-9 snr=10 解调信号星座图当snr=5时, 解调后星座图如下图示: 图3-10 snr=5 解调信号星座图图3-11 信噪比 误码率关系曲线图到此处得出的仿真结果, 即得到仿真出经过QPSK调制后的OFDM接收系统, 对于经过AWGN信道的OFDM信号解调后的信噪比和误码率之间的关系, 本文的研究工作也基本算是接近尾声, 观察描绘出二者的关系曲线, 符合实际中的大概走势, 即随着信噪比的不断增大, 系统的误码率在逐渐减小, 当SNR=9dB时, 误码率接近于0, 体现了OFDM系统高速传输数据的良好性能。第四章 总结本文中首先介绍了OFDM的技术特征和优缺点; 接着详细叙述了OFDM的基本原理; 然后进入本文的正题, 讲述了OFDM接收系统各部分模块的设计原理; 最后进入本文重点使用MATLAB语言编程及仿真图形, 实现OFDM系统, 经过设置仿真参数, 得到最终系统的仿真结果, 信息速率、 频谱利用率, 当然最主要是得到了信噪比和误码率之间的关系图。经过对接收系统的仿真结果分析, 能够得到如下结论: ( 1) IFFT/FFT能够有效而且简单的实现OFDM信号的多载波调制解调, 利用QPSK调制能够同时传输多比特的数据。( 2) 带宽为20MHz、 子载波数52个, OFDM符号速率为250000symbol/s, 此时数据比特率对于QPSK调制为26Mbit/Hz。( 3) OFDM能够有效的提高系统频带利用率。本系统实际频带利用率对于QPSK调制为1.3bit/s/Hz。( 4) 经过仿真, 该OFDM接收系统对于经过AWGN信道的OFDM信号, 解调得到的信噪比和误码率关系图可知, 当信噪比SNR=9dB时, 解调出的误码率近乎为0。本次实验设计部分已经结束, 但还有相当多的地方有待研究完善, 毕竟仅仅是MATLAB仿真的过程, 而且仿真的还是OFDM接收系统中最基础核心的部分, 未考虑实际接收机中的一些关键问题, 如信道估计、 同步, 频偏估计的模块的设计, 希望以后能以本论文为基础, 有更深入的研究, 具体方向能够考虑: ( 1) 本设计中没有设计信道编解码。Turbo编码技术、 LDPC、 时空编码等都是现今常见编码技术, 希望后面能够用这些技术进行信道编码, 提升改进整个OFDM系统的性能。( 2) OFDM系统一个最大的或是说致命的缺点就是对于子载波频率偏移异常敏感, 因此对于接收机频偏估计部分要做的相当精细, 研究精准的算法, 达到接收机的最佳性能。( 3) 当然OFDM还有另外一缺点就是存在较高的峰均功率比, 要求功放、 A/D、 D/A转换器有很大线性动态范围, 因此采用合适的技术降低峰均比也是未来OFDM研究热点。参考文献1孙妍. 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