WiMAX-物理层模型实现与分析MATLAB---0412.doc

摘 要
摘 要
WIMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access，全球微波互联接入)是一项新兴的宽带无线接入技术，能提供面向互联网的高速连接。随着4G网络、移动互联网和物联网等高新技术的飞速发展，作为其中重要支撑的WIMAX技术也发挥着巨大的推动作用。而LDPC码和OFDM作为WIMAX中的核心关键技术，如何通过深入研究以求更好的发挥其优势，将是无线通信研究领域需要重点研究讨论的热点。
本文首先就WIMAX物理层有关技术展开研究，对其中的OFDM技术原理、LDPC码原理、MIMO技术及WIMAX标准下的参数配置等深入学习研究，讨论了基于OFDM的WIMAX物理层仿真。根据系统框图中的加扰、级联编码、交织、符号映射、OFDM调制等各个部分，分别通过对每个部分进行模块化编程来实现。
针对WiMAX物理层基带仿真模型未采用SUI信道的问题，在理想同步情况下，综合考虑影响系统性能的各种因素，包括SUI信道、循环前缀(CP)长度、RS+CC编码和信道估计，运用Simulink对其进行评估。仿真结果表明。采用自适应调制编码或改变CP长度能平衡BER和数据速率。
关键字：WIMAX；物理层仿真；LDPC；OFDM；SUI信道

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Abstract
ABSTRACT
WIMAX is an emerging broadband wireless access technology which can provide high-speed Internet connection.With rapid development of the high-tech such as 4G network,mobile internet and the Internet of Things,WIMAX as one of the important support technology also plays a huge role in promoting.LDPC codes and OFDM as the core technology in WIMAX in order to deeply study and fully exert its advantage,which need to focus on discussion in Wireless Communication.
This paper focuses on some technologies related with the WiMAX Physical Layer,including the principle of OFDM technology,the principle of the LDPC codes and MIMO technology and configuration parameters based on WiMAX standard.We discussed the Performance of the OFDM System Based on WiMAX Physical Layer.The analysis accord to the diagram of the scrambling, concatenated coding,interleaving,symbol mapping and OFDM modulation. through each section for carry out the modularization programming.
The baseband simulation model ofWiMAX PHY-Layer does not take SUI channel into consideration．Aiming at this problem and under the conditions of perfect synchronization,this paper considers the factors effects the system performance synthetically,including SUI channel，the length of Cyclic Prefix(CP)，RS+CC encoding,channel estimation，and evaluates them based on Simulink。Simulation results show that by changing the length ofCP and using Adaptive Modulation and Coding(AMC)，the balance between BER and data rate Can be kept．
Key Words: World interopcmbility for Microwave Access(WiMAX)；PHY-layer simulation；LDPC；OFDM；SUI channe

目录
目 录
第1章 引言 1
1.1 选题背景 1
1.2 研究目标和意义 2
1.3 研究思路 2
第2章 研究的理论基础 4
2.1 WIMAX介绍 4
2.2 WIMAX物理层技术介绍 5
2.2.1 OFDM原理 5
2.2.2 信道编码技术 5
2.2.3 MIMO技术 8
2.2.4 LDPC码介绍 9
第3章 WiMAX物理层的仿真模块建立 11
3.1 WiMAX系统仿真平台的结构 11
3.2 WiMAX基带仿真模型 11
3.3 WiMAX基带仿真模型的Simulink实现 12
3.3.1 发送端模型 12
3.3.2 接收端模型 13
第4章 系统仿真结果分析对比 15
4.1 信道编码部分程序的仿真及分析 15
4.2 WiMAX系统平台的仿真及分析 16
4.3 不同CP长度对系统性能的影响 16
4.4 调制方式和编码速率对系统性能的影晌 17
4.5 LS信道估计下不同插值算法对系统性能的影响 18
第5章 总结 19
参考文献 20
致谢 22

第1章 引言
第1章 引言
1.1 选题背景
WiMAX，即全球微波互联接入（worldwide interoperability for microwave access）的缩写，是一种新的无线宽带接入技术，支持数据和volp综合业务接入功能，是无线局域网技术的一种，其技术标准是IEEE802.16，它是基于ip技术的，能支持非视距传播 [1]。
WiMAX技术保证了固网和移动用户几乎任何地点的宽带连接服务。2006年韩国电信在其首都首尔开发部署了2.3GHz标准的移动WiMAX服务，用来提供高质量的数据与视频服务。自2006年基于802.16e标准移动WiMAX技术发布了1.0版本之后，各项核心技术在不断完善[2]。该技术重要的工作放在了物理层技术、介质访问控制（MAC）子层、Qos性能和网络结构特点几个方面。物理层的特点主要是WiMAX具有灵活的带宽和频段的分配方案，这可以有效的利用频谱资源。WiMAX采用了OFDM、分集发送接收、自适应调制等多种先进技术，这就保证了在城域网高效可靠的用户通信，在可靠性编码方面也有多种灵活的选取方式，如卷积码级联RS码、Turbo编码、LDPC编码等，并支持多种调试方式如单个载波（SC）、OFDM(256点)、OFDMA（2048点），对于不同通信环境可有多种选择，物理层对信道抗干扰能力的差异也可相应改变调制、纠错编码、功率电平参数，保证较好的传输质量。介质访问控制（MAC）子层主要是根据Qos要求和业务需求对连接的带宽频段进行调制，来保证语音和视频等业务的服务质量，同时较好的控制信道误码与丢包的发生[3]。
1.2 研究目标和意义
对于WiMAX的应用，根据环境的不同，是灵活多变的，如固定式的楼宇接入和高层家庭接入，可以采用16d或16e的标准，家庭内接入和终端接入，属于游牧式的，也没有采用16d/16e标准，对于热衷旅行和简单移动的人们来说，使用WiMAX也是极其方便的，可以采用16e的标准。由于WiMAX具有标准化、成本低，数据传输率更高，非视觉传输，部署灵活，传输距离远等特点，作为一种新型的无线接入技术，它的发展得到很好的印证[4]。无论是设备供应商还是运作BWA制造商，都运用到它，如三星、华，也无论是芯片制造商还是终端生产商，对其也是趋之若鹄，如英特尔、富士通等大型企业。
本论文将在研究WiMAX理论知识基础上，得到一个基于IEEE802.16协议标准的完整的WiMAX系统物理层模型平台。模型采用MATLAB语言编写M文件来实现，将使用Simulink，搭建局部模块时可能比较简单，但是要实现整个系统，特别是在同步、信道估计和均衡等方面要实现各种算法就很麻烦了[5]。而M文件编程具有良好的可扩展性和开放性，平台搭建更灵活，更便于系统扩展完善。通过与其他模型的比较可知，本模型的仿真性能优于其他的模型，对今后WiMAX系统的研究及生产使用有较好的价值。
1.3 研究思路
本课题主要工作在对IEEE802.16e中使用的编译码理论，WIMAX物理层相关技术和OFDM技术进行系统学习研究的基础上，构IEEE802.16e的仿真平台，其中包括编译码，交织，加扰，调制解调等。通过不同符号映射，编码等对OFDM系统进行分析仿真。接着分析LDPC码各种软判决译码算法，提出软判决译码新算法，仿真验证其性能。最后，对不同情况的WIMAX标准下的性能仿真并详细分析。各章节具体安排如下：
第1章，绪论。阐述本课题的研究背景与意义、WIMAX技术和当今研究状况，给出本文的总体架构。
第2章，主要是对WIMAX的重要技术进行论述，其中OFDM部分主要介绍了物理层协议中OFDM具体表述，前导结构，帧结构等；可靠性编码部分对加扰、冗余编码、交织、符号映射方式进行论述。
第3章，对WIMAX物理层进行仿真分析，首先给出系统框图及参数配置，建立模型。
第4章，分析仿真结果。
第5章，本文总结。

第2章 研究的理论基础
第2章 研究的理论基础
2.1 WIMAX介绍
自2006年基于802.16e标准移动WIMAX技术发布了1.0版本之后，各项核心技术在不断完善，后续重要的工作重点都放在了物理层、介质访问控制（MAC）子层，Qos性能和网络结构特点几个方面[7]。
物理层的特点主要是WIMAX具有灵活的带宽和频段的分配方案，这可以有效的利用频谱资源。WIMAX采用了OFDM、分集发送接收和自适应调制等多种先进技术，这就保证了在城域网组网通信中用户可以高效可靠的通信；在可靠性编码方面也有多种灵活的选取方式，如卷积码级联RS码、Turbo编码和LDPC编码等，并支持多种调试方式如单个载波（SC）、OFDM(256点)、OFDMA（2048点）；对于不同通信环境可有多种选择，物理层对信道抗干扰能力的差异也可相应改变调制、纠错编码和功率电平参数，保证较好的传输质量。
介质访问控制（MAC）子层主要是根据Qos要求和业务需求对连接的带宽频段进行调制，来保证语音和视频等业务的服务质量，同时较好的控制信道误码与丢包的发生。
Qos性能用来保证为用户提供可靠的数据、视频、语音业务[8]。
2.2 WIMAX物理层技术介绍
在WIMAX标准中11GHz以下频段的波长较长，多径效应容易出现，其支持非视距传输（NLOS），这与短波进行视距传输时采用的单载波调制方式不同，需采用OFDM调制技术[9]。协议规定OFDM调制中的载波数目是256个，双工方式为FDD和TDD，可选支持AAS、STC、ARQ等，下面具体介绍物理层中的OFDM部分。
2.2.1 OFDM原理
未来无线通信领域的关键技术可以很好的保证信号在复杂条件下的无错传输，多径效应广泛存在于无线通信中，多径传播会造成码间干扰。在信号高速传输时，信号在时域和频域有如下对应关系，时域经历的时间越短则频域带宽就越宽当在频域内超出了其相干带宽时，就会造成频率选择性衰落，在不同的带宽范围内其受到的影响也不同，这就会严重的影响传输性能[10]。为了解决这个问题，提出了多载波调制技术（Multi-Carrier Modulation，MCM），将速度较快的数据序列经过串并转换成多路速度较慢的数据序列并行传输，每一个子载波的信道带宽都很小，这就使得频率选择性衰落的几率大幅减小[11]。OFDM技术应用到移动通信领域必将是未来的发展趋势，也将会成为WIMAX中主流的核心技术之一。
2.2.2 信道编码技术
WIMAX标准中，在上行链路（Up Link）和下行链路(Down Link)每次传输数据时都需要对数据进行加扰处理，并且在上下行链路中对于每一个数据块（在频域中是指的子信道，在时域中是指OFDM信号）加扰都应该是独立进行的。通过加扰可以避免数据中出现长连“1”序列或长连“0”序列的出现，保持0、1的平衡性[12]。在加扰之前，发出数据的数量若出现与实际给定数据的数量不相等时，可通过末尾添加0xFF(添加1)来使其达到传输要求的数量，RS-CC和CC级联编码时其数据的数量要比分配的少8个字节，对于BTC和CTC编码数据数量和分配的数量是相同的，填充后的数据与伪随机序列异或得出加扰后的序列，末尾不足的用 0 补充完整。序列生成器的表述如下：
（2-1）
在每个数据块加扰之前，伪随机二进制序列生成器的寄存器要初始化，在下行链路中寄存器中初始化序列为[1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0]。对于每个待发送字节，MSB(最高比特位)先进入序列生成器，之后与LSB（最低比特位）的最后两位进行异或计算，得到的数值和输入数值继续通过取异或计算，完成整个加扰过程，其中随机器的结构如图2-1所示[13]：

图2-1 序列发生器结构
纠错编码有多种选择方案，如RS-CC级联编码、Turbo卷积级联编码等，其中RS-CC级联编码为必选方式，也是其它编码方式的基础，之后IEEE802.16e修正案增加了LDPC码，作为可选的编码方案之一。
RS-CC级联码是首先经过RS码，之后在进行卷积编码。其过程是数据通过块的方式依次进入 RS 和卷积编码器。其中RS编码器是采用定义在GF(28)上的（N=255，K=239，E=8）系统RS码，编码之前的比特数是K，编码之后的比特数是N，可以改错的比特数是E[14]。
卷积码的基本编码速率为1/2，可以通过打孔调整编码速率，RS-CC级联码总共有四种编码速率可供选择，分别是1/2码率、2/3码率、3/4码率、5/6码率。在接收端，会根据相应变换来实现打孔，图2-2是卷积码编码器的模型[15]。

图2-3 卷积编码器模型
交织处理过的数据比特序列输入到星座图中进行数据映射。支持BPSK、QPSK、16QAM、64QAM四种调制方式，其中64QAM是可选的。上下行链路都支持自适应调制方式，其中下行支持对不同数据块的判决调制，上行支持对每个子载波采用不同的调制方式，具体选用是由基站的MAC配置来指定的[16]，图2-4是序列发生器的结构：

图2-4 序列发生器
另外，在IEEE802.16e标准中还有导频子载波。其具有对信道估计和频偏估计的功能，在每一个突发数据中都需要引入导频子载波，并且根据在OFDM信号具体规定方位来进行映射。在上行和下行都需要用到导频调制序列发生器，上行和下行的导频调制序列发生器的生成多项式都为：
（2-2）
上行链路的初始化序列为[1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1]，下行链路的初始化序列为[1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1]。
2.2.3 MIMO技术
MIMO技术是为了保证通信质量，在发送与接收有选择的采用多个天线来传输信号。这样总的系统带宽保持不变前提下带来了很多好处，一方面，系统的容量与频带的利用情况都有所调高，另一方面，可以保证传输的可靠性，对复杂环境下的传输有好的表现[17]。
Alamouti空时码是空时分组码的典型代表，能获得完全分集增益，具体的编码实现也相对简单。Alamouti方法多用于双路发射天线的系统中，其发射规则是，取两个连续符号s1与s2，经过空时分组编码后在第一路天线中首先发送出s1接着在发送出-s2*，而在第二路天线中首先发送出s2接着发送出s1*，由于在两路中分别都连续发送了两个符号，总的符号率仍相当于每路都发送一个符号[18]。图2-5是其具体的发送结构：

图2-5 Alamouti空时码编码器发送端示意图
2.2.4 LDPC码介绍
低密度奇偶校验码（Low Density Parity Check Codes，LDPC）是由Gallager在1962年首次提出的，其后在高速发展的硬件水平促进下，Mackay，Spielman等人对LDPC码进行了深入研究，发现其性能十分优异。LDPC码相比Turbo码，具有很好的抗突发差错特性，避免了可能带来的时延，性能更接近香农限，已经成为当前研究的热点，全球微波互联接入（WIMAX）也将LDPC码作为可靠性编码方式[16]。
LDPC码的译码采用置信译码算法，通过置信消息来传递比特信息，就是说在这些节点处理后通过信息节点和校验节点相连的边传送有用信息，具体译码过程是，首先信息节点接收到由信道传来的初始消息，码字长度是多少就会有多少个信息节点接收到初始消息，每一个校验节点会把所有与之相连接的信息节点的初始消息进行汇总处理，然后再将处理后的消息继续传送给与之相连接的所有信息节点，之后对信息节点消息进行判决，如果译码正确，则退出迭代结束译码，如果译码错误则继续进行下一次的迭代，整个译码会按此进行直到译出正确信息或者达到了最大的迭代次数为止。

第3章 WiMAX物理层的仿真模块的建立
第3章 WiMAX物理层的仿真模块的建立
3.1 WiMAX系统仿真平台的结构
在进行基带处理时为了简化过程，都删改了协议规定的步骤结构。本WiMAX仿真平台如图3-1所示，它由数据随机化、前向纠错编(解)码（FEC）、交织（解交织）、调制、组帧、串并行转换、同步、信道估计8个部分组成[19]。各个模块的算法、符号和帧结构严格按照IEEE802.16-2004的统一规定。

图3-1 WiMAX物理层仿真平台的结构
3.2 OFDM系统仿真
基于802.16/WiMAX OFDM PHY的结构分为基带和RF射频部分。本文仅关注基带部分的仿真，其框图如图3-2所示。其中，信道编码由3个部分组成：随机化，FEC(RS+CC)，交织。OFDM调制器由星座映射、保护子载波、导频、前导码插入、IFFT模块和加循环前缀(Cyclic Prefix，CP)、P／S模块构成[20]。无线信道由修正的SUI(Stanfofd University Interim)信道模型与自噪声叠加构成。SUI信道是时变多径信道，体现了信道多径效应和多谱勒频移。高斯自噪声的功率谱为平坦谱，反映单径信号经历的自噪声干扰。将它们相结合构成无线传输信道，从而反映无线信道特征。接收端的主要功能是OFDM解调、信道估计与信道解码。信道估计的一般方法包括LS(Linear Square)估计算法和MMSE(MinimumMean-Squared Error)算法。LS估计算法较简单，与MMSE算法相比，在相同MSE(Mean—Square-Error)条件下，MMSE算法在SNR值上有10dB-15dB的提升，但运算复杂度较高。因此，本仿真系统采用LS估计算法，重点评估了前导码与导频进行频域LS信道估计和不同插值算法下系统的性能[21]。主要考虑线性插值、高斯插值、三次样条插值。

图3-2 WIMAX基带仿真框图
在对OFDM调制解调的处理机制有了初步认识之后，为在整体架构上理解和验证OFDM技术在通信系统中的作用，我们将根据WiMAX中对信道编码的描述要求来构建一个相对简单的OFDM通信系统，完成数据的编码、交织、数据调制和OFDM处理。又因在射频频率内要恢复信号需要相当高的采样频率，这样仿真所需的时间就会很长,因此在不影响系统性能评估的前提下,将只对基带系统进行原理上的仿真。构建仿真系统框图如图3-3所示。
图3-3 基带OFDM系统框图
利用SystemView通信库和DVB库中的模块搭建仿真系统模型如图3-4所示。

图3-4 仿真实现图
仿真中采用PN序列发生器产生的伪随机序列为信号源,经过同频率的采样后,根据协议要求,先进行(255,239,8)的RS外编码器和交织,再经过编码速率为1/2、约束长度为7、生成多项式为(133,171)的卷积内编码器进行编码。外编码器、交织和卷积内编码器合在一起构成了系统的前向纠错码部分,来降低系统的随机误码率和突发误码率。
3.3 WiMAX基带仿真模型的Simulink实现
3.3.1 发送端模型
根据OFDM系统框图和WIMAX物理层的标准对发射部分各处理过程进行了子函数化,使其成为独立的功能函数,以在主函数中对其进行调用以实现相应的数据处理。整个发射部分的函数处理流程框图如图3-5所示。

图3-5 发送部分功能实现流程
按下图3-6建立基带仿真模型，运用Simulink建立相应模块。

图3-6 基于WiMAX的Simulink发送端模型
在上图中，OFDM调制模块中的OFDM symbols模块应按OFDM的频域描述将其中的8个导频插入、56个保护子载波和映射后的192个数据组成一个OFDM符号，并根据帧格式的要求产生前导码。WiMAX下行链路中的前导码由2个OFDM符号组成，其功能较多，包括帧同步、载波同步、符号同步、信道估计等。系统假定理想同步，将前导码用于准静态信道中的信道估计，并将其性能与导频做比较。Switching模块用于控制前导码与一般OFDM符号的通过，当一个帧开始时，发送前导码并在接收端将其保持一个帧周期，以便以后传输OFDM符号进行频域均衡[22]。
3.3.2 接收端模型
OFDM系统的接收部分需要进行频偏估计、时间同步、OFDM解调、信道估计、数据解调及信道译码等过程来恢复传输的信号。同样,接收发射部分的函数处理流程框图如图3-7所示。

图3-7 接收部分功能实现流程
建立基带仿真模型接收端的模块，用Simulink建立如图3-8所示的模块接收端模型。

图3-8 基于WiMAX的Simulink接收端模型
仿真前应初始化各个参数，包括OFDM符号数、CP长度、调制方式、编码速率、信噪比、采用何种SUI信道等。参数的选择可以对发送端和接收端的Simulink模块进行配置。在实现SUI信道的过程中，其产生的抽头随机增益过程口的默认采样周期通常是秒级，而系统波形级仿真所需的仿真周期通常是微秒级，远小于默认采样周期[23]。因此，必须将原来产生的抽头系数进行内插。对于IEEE 802．16d这类固定(或游牧)宽带无线通信系统，可以采用准静态进行性能仿真，即假设在一次突发数据帧内信道特性不发生改变。此时只要将抽头系数内插到采样周期(帧周期，通常是毫秒级)即可，以减少内插难度。

第4章 系统仿真结果分析对比
第4章 系统仿真结果分析对比
本文使用Simulink工具搭建了基于IEEE 802.16e的WiMAX-MIMO-OFDM物理层仿真模型，并改进了一种针对快速衰落信道的信道估计算法，重点比较了在接收端不同移动速度情况下，线性插值、高斯插值和三次样条插值在原算法和改进算法情况下的性能差异，最后给出相应的仿真结果及结论。
4.1 信道编码部分程序的仿真及分析
在不影响结果的情况下为了简化WiMAX系统仿真平台，不妨设抽样频率为1，这样Tb＝256，TS＝288，选用典型的高斯信道。首先对信道编码部分的程序进行仿真，得到图4-1所示。

图4-1 信道编码部分的仿真曲线
可以看到实线是数据在RS＋CC编码后进入高斯信道得到的误码率，点划线是没有信道编码的数据直接进入高斯信道的误码率。相对于无编码的情况，当误码率为10-4数量级上时，使用16QAM调制，编码增益超过5dB。该结果和一般研究串行级联码文献中得到的最优化方案的编码增益接近，证明本平台的信道编码性能十分良好。
4.2 WiMAX系统平台的仿真及分析
由于系统选用16QAM调制，它适用于调制信噪比较好的信道，当信噪比小于10dB时，误码率大于0.3，基本很少在实际中使用，已经研究意义不大，所以仿真中信道的信噪比从10-18dB。信号在进入信道前加入0.1的频偏。仿真得到的误码率和信噪比曲线如图4-2所示。
从仿真曲线的对比中可见，一般文献对基于IEEE802.11协议下用相似的方法搭建的平台，当信道信噪比达到18dB时，BER为10-4，本平台误码率为10-5的数量级，BER也接近或低于其他文献的值。和单独进行同步或信道估计时相比，在相同的信噪比下，BER至少提高一个数量级，信噪比越高，数量级提高越多。整个仿真平台BER曲线下降较快，可容错SNR近似为17dB,这些都对实际工程建设有一定指导意义。

图4-2（a） 其他模型BER曲线 图4-2（b） 本系统模型BER曲线
本文设计了基于IEEE802.16-2004协议的在Matlab环境下开发的WiMAX系统物理层仿真平台，跟进了该领域的先进技术。今后本人还会对此平台进行优化。随着宽带无线技术的发展，WiMAX凭借其在系统的频谱利用率、功率利用率、系统复杂性方面的优势，在高速互联网接入、双向数据通信、双向媒体业务以及视频广播等领域都具有广泛的应用前景。
4.3 输入、输出信号波形分析
在接收端将进行发射端的逆处理,信号经过OFDM调制后首先会进行符号检波器,对信号进行硬判决,恢复出64QAM的星座图案后进行符号映射反变换。之后再经过符号去交织、比特去交织和合路器组成的内交织的反变换处理,进行卷积内解码、去交织以及RS外编码译码后即得到输出波形。接收端各处理此处不再一一描述。输入信号波形和输出信号波形如图4-3、4-4所示。

图4-3 输入波形图形

图4-4 输出波形图形
4.4 不同CP长度对系统性能的影响
参数配置如下：带宽BW=2MHz，循环前缀长度分别取1/16，1/8，调制方式为QPSK-1/2，帧周期T/frame=2.5ms，采用LS估计。

图4-5 不同SUI信道下、不同CP长度对应的系统性能
由上图4-5可知，在3种不同类型的信道下，当CP增加时，各信道的性能曲线降低，即可靠性提高，但其数据传输速率下降。
在相同调制编码方式下，当Tu一定时，若CP长度增加，则R下降。因此，可以通过选择适当的CP长度来平衡BER和数据速率。在SUI-5下，性能曲线较差的原因如下：其均方延时为2.842us，对应的相干带宽为0.35lMHz<2MHz(系统带宽)，因此，经历频率选择性衰落。因为SUI1和SUI-3的带宽均小于系统带宽，所以经历平坦选择性衰落，性能较高。
4.5 调制方式和编码速率对系统性能的影响
由下图4-6可知，低速率编码和低阶映射方式性能较好，但其对应的数据传输速率较低(Q与M越大，R越大)。因此，在实际中常采用AMC实现BER和数据速率之间的平衡。

图4-6 CP长度为1/16，SUI-3信道下不同调制编码模式的系统性能
4.6 LS信道估计下不同插值算法对系统性能的影响
从下图4-7可以看出，在LS估计准则下，基于前导码的信道估计性能高于基于导频的信道估计。在基于导频的插值算法中，Pilot-spline算法在信噪比较大(SNR>1OdB)时性能最好，Pilot-gauss其次，Pilot-linear最差。如果不对接收到的信号进行信道估计并加以补偿，那么系统性能将恶化。

图4-7 CP长度为1/16、SUI-3信道下不同插值算法取得的系统性能
4.7 信噪比对系统性能的影响
不同频点上的子载波对应的频域相应估计值中的干扰加噪声功率的过程中，与所有位于不同的OFDM符号，相同频点上的子载波对应的频域信道相应估计值中的干扰加噪声功率的过程中由于信道时变和频率选择性衰落引入的误差之和，同计算所有位于不同OFDM符号且位于不同频点上的子载波对应得频域信道相应估计值中的干扰加噪声功率的过程中引入的误差相等的规律，消除信道时变和频率选择性衰落引入的误差，得到所述子载波对应得频域信道相应估计值中的干扰加噪声功率。
利用得到的所选取的各个子载波组中所有子载波对应的频域信道相应估计值对应的总功率，以及所选取的各个子载波组中所有子载波对应得频域信道相应估计值中的干扰加噪声功率，计算所述所有子载波对应的频域信道相应估计值的载波干扰噪声比。
根据子载波承载数据的调制方式，由子载波的频域信道响应估计值的载波干扰噪声比得出子载波上的载波干扰噪声比。
WiMAX系统的误码率性能因为编码调制方式的不同、信道环境的不同而不同，其中编码调制方式越高阶、编码码率越大，系统的误码率性能就会越差；信道的信噪比越低，信道衰落越大，误码性能也会越差。在相同目标误码率的前提下，接收所需要的最低信噪比还可以进一步减少，从而改善原系统的误码性能。信噪比与误码率曲线见下图4-8所示。

图4-8 不同的信噪比下的误码率曲线

第5章 总结
第5章 总结
WiMAX技术作为一种面向无线城域网的宽带无线技术以其速度高、覆盖广、成本低等优势成为解决“最后一公里”问题的最优方案。LDPC码和OFDM技术是其物理层关键技术重要的组成部分，LDPC码相比Turbo码，具有抗突发差错特性，避免可能带来的时延，性能方面与理论上的理想效果香农极限也更近一步，在信道编码领域中是重要的研究对象；OFDM技术具有高频谱利用率、能有效对抗多径干扰和衰落，在无线通信的各个领域都有所应用。
本课题主要围绕WIMAX标准下OFDM技术展开研究，主要的工作内容如下：首先 WIMAX物理层协议做详细阐述，介绍了OFDM技术原理，信道编码技术，接着完全按照WIMAX标准对基于OFDM的物理层进行仿真论证，编程实现了具体各个模块，主要包括加扰/解扰模块、RS编译码模块、卷积编译码模块、交织/解交织模块、调制/解调模块、OFDM调制/OFDM解调模块，接着对基于OFDM的系统详尽说明其性能，比较在不同条件下的系统性能，主要包括有无级联编码、不同编码速率、不同调制方式、不同信道类型、有无循环前缀长度等条件下对系统性能的影响，较全面的阐明了WIMAX标准的基于OFDM的系统性能。再将OFDM调制技术应用到MIMO系统中，通过仿真验证了MIMO-OFDM系统要优于OFDM系统，在保证高速率通信的前提下也使得通信可靠性得到保障，这两种技术相结合也是在未来通信系统中的必然趋势。
本文使用MATLAB的Simulink工具创建了基于IEEE802.16E的WiMAX-MIMO-OFDMA物理层仿真模型，并针对快速时变瑞利衰落信道，改进了一种适用于Mobile WiMAX的信道估计算法，同时比较了线性插值、高斯插值和三次样条插值在原有算法和改进算法情况下的误码率性能。仿真结果表明，本文的改进算法对系统的误码率性能有明显提高，而且随着运动速度的增加，算法对系统性能的改善越来越明显；同时表明当移动速度相同时，三次样条插值的误码率性能最好，高斯插值次之，线性插值最差。但三种插值算法的运算复杂度与其误码率性能成正比。在系统高速运动情况下，可结合本文的改进算法和三次样条插值进行系统性能估计。

参考文献
参考文献
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