1、Cc大學信息科學與工程學院綜合性設計性實驗報告專 業(yè)： 學 號： 姓 名： 實驗所屬課程： 寬帶無線接入技術 實驗室(中心)： 軟件與通信實驗中心 指 導 教 師 ： 2013年3月教師評閱意見：簽名： 年 月 日實驗成績：一、題目：OFDM系統(tǒng)的Matlab仿真；二、仿真要求：要求一（對于OFDM系統(tǒng)的數據傳輸時，應該）：傳輸的數據隨機產生；調制方式采用16QAM；必須加信道的衰落；必須加高斯白噪聲；接收端要對信道進行均衡。要求二（對BER的性能仿真時）：設計仿真方案，得到在數據傳輸過程中不同信噪比的BER性能結論，要求得到的BER曲線較為平滑。三、仿真方案詳細設計：OFDM 基本原理 :O

2、FDM （ Orthogonal Frequency Division Multiplexing ）正交頻分復用，它是由多載波調制技術發(fā)展而來 。其基本思想是把一路高速的數據流串并變換為 N 路的低速數據流再并行傳輸，因此數據流速度降為原來的 1/N，具有很強的抗多徑衰落和抗脈沖干擾的能力 ，特別適合高速無線數據傳輸。OFDM 是一種子載波相混疊的多載波技術，但由于 OFDM 選擇時域相互正交的子載波 ， 他們在頻域雖然相互混疊 ，卻能在接收端被分離出來 。OFDM 信號頻譜實際滿足奈奎斯特準則即多個子載波之間不存在相互干擾。OFDM信號的基帶形式Ts=Tsym/N由于OFDM子載波之間滿足正

3、交性，因此可以采用離散傅立葉變換(DFT)表示信號。直接進行IDFT/DFT變換，算法復雜度為 O(N2) ，計算量非常大，但如果采用IFFT/FFT來實現，則算法復雜度降低為O(N/2) (基2算法)，極大降低了OFDM系統(tǒng)的實現難度。從頻域的角度來理解，每個OFDM符號在其周期內包括多個非零的子載波，因此，其頻譜可以看做是周期為T的矩形模型頻譜與各個子載波頻率上 的 函數的 卷積。 同時，為了消除碼間干擾，需要在OFDM的每個符號中插入保護時間，只要保護時間大于多徑時延擴展，則一個符號的多徑分量不會干擾相鄰符號。保護時間內可以完全不發(fā)送信號。但此時由于多徑效應的影響，子載波可能不能保持相互

4、正交，從而引入了子載波間干擾。保護時間內發(fā)送全零信號時，由于多徑效應，從而會造成的子載波間干擾(ICI)。為了減小ICI，OFDM符號可以在保護時間內發(fā)送循環(huán)擴展信號，稱為循環(huán)前綴(CP)。循環(huán)前綴是將OFDM符號尾部的信號搬移到頭部構成的。這樣可以保證有時延的OFDM信號在FFT積分周期內總是具有整倍數周期。因此只要多徑延時小于保護時間，就不會造成載波間干擾還有，OFDM系統(tǒng)設計關鍵參數 ：1、保護間隔 2、符號周期 3、子載波的數目 4、載波間隔 參數確定如下：1. 確定保護間隔：根據經驗，一般選擇保護間隔時間長度為時延擴展均方根值的2到4倍。2. 選擇符號周期：考慮到保護間隔所帶來的信息

5、傳輸效率的損失和系統(tǒng)的實現復雜度以及系統(tǒng)的峰值平均功率比等因素，在實際系統(tǒng)中，一般選擇符號周期長度至少是保護間隔長度的5倍。3、確定子載波的數量：子載波的數量可以直接利用-3dB帶寬除以子載波間隔得到；或者可以利用所要求的比特速率除以每個子信道中的比特速率來確定子載波的數量；每個子信道中傳輸的比特速率有調制類型、編碼速率以及符號速度來確定。、系統(tǒng)框圖：1、總括框圖： （實驗總圖框架）2、發(fā)射機與接收機：、 仿真設計：（1） 發(fā)送部分 對產生的 0 、1 比特流進行 16QAM 調制 ，映射到星座圖上 ，即將數據變?yōu)閺推矫鎯鹊臄祿?將變換后的數據進行串并轉換進行 IFFT 變換后在進行并串轉換

6、。為了避免多徑造傳播成 的 IS I 干擾，要對每一 個 OFD M 符號加循環(huán)前綴（ CP ）。為了避免碼間干擾，CP 中的信號與對應 OFDM 符號尾部寬度為Tg 的部分相同，Tg 為人為設定。本實驗中為 OFDM 符號長度的 1/4 。 加保護間隔。為了最大限度的消除碼間干擾，該保護間隔一般大于多徑信道的最大時延，這樣一個符號的多徑干擾就不會對下一個符號造成干擾。將產生的 OFDM 符號組成一個串行序列，即組幀。（2）信道部分：采用多徑信道，加高斯白噪聲。詳細設計為后附代碼。（3） 接收部分： 解幀，將接收的序列分解為一個個獨立的 OFDM 符號。 去掉保護間隔，將加在每個符號前的保護間

7、隔去掉。 將去掉保護間隔的 OFDM 符號進行串并轉換 ， 為下一步快速傅里葉變換做準備。 將并行的信號進行快速傅里葉變換得到對應的時域信號。 進行并串轉換，再進行 QAM 解調，解調之前要進行均衡處理。解調之后得到之前生成的 0 、 1 比特流。四、實驗仿真結果及結論：實驗仿真結果（得到的誤碼率曲線 ）：實驗結論：由上圖可以看出，隨著信噪比的不斷增大，誤碼率在不斷地減小 ，而且輸入信號的信噪比越大，影響越明顯。究其原因，主要是隨著信噪比的增加，噪聲功率有所下降，因而誤碼率也隨之下降。從而可以知道：OFDM的帶外衰減是比較慢的。隨著載波數目增大，OFDM信號的帶外衰減也增加了；使OFDM信號的

8、帶外衰減更快，可以采用對單個OFDM符號加窗的辦法。OFDM的窗函數可以使信號的幅度在符號邊界更平滑的過渡到0。通過實驗過程可以知道：接收機正常工作以前，OFDM系統(tǒng)至少要完成兩類同步任務：1、時域同步，要求OFDM系統(tǒng)確定符號邊界，并且 提取出最佳的采樣時鐘，從而減小載波干擾(ICI)和碼間干擾(ISI)造成的影響。 2、頻域同步，要求系統(tǒng)估計和校正接收信號的載波偏移。五、總結與體會：實驗總結：通過將近五次左右的實驗課程，使得我又加深了對于OFDM的理解，讓我學會了許多新的知識，比如如何增加碼元時間同步誤差、比如頻率同步誤差造成的OFDM系統(tǒng)產生子載波間干擾的問題以及如何增加頻率同步誤差的問

9、題等。從而，這幾次實驗在我們學習了理論知識的基礎上，在建立 OFDM 仿真模型時，運用我們所學過的 matlab基礎知識 編寫了一個完成基本功能的 OFDM 系統(tǒng)，在仿真的基礎上對子載波采用 16QAM 調制并對其在不同的噪聲信道下的性能進行了分析。 通過實驗的仿真結果分析，最終我得出結論：隨著信噪比的不斷增大，誤碼率卻在不斷地減小，而且輸入信號的信噪比越大，影響越明顯。究其原因，主要是隨著信噪比的增加，噪聲功率有所下降 ，而誤碼率也隨之下降，對于這種結果，也基本上市符合我所學過的理論知識。而且，本實驗在對 OFDM 技術實現原理進行介紹的基礎上，運用仿真結果也間接證明了在相同的條件下， OF

10、DM 傳輸系統(tǒng)的性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的單載波傳輸系統(tǒng)，更適于在存在多徑干擾的信道中進行傳輸。而對于以前我可以說是從未接觸過的OFDM 技術，經過我通過圖書館、上網查資料等，我發(fā)現由于其獨特的優(yōu)點便利的使用方法及途徑，它在無線接入和寬帶移動通信等各種前沿領域中都具有廣闊的應用前景和幾乎無限的發(fā)展空間。我想：經過我的努力，我定要把它學好！ 實驗體會：通過本次實驗，使得我加深了對于OFDM 系統(tǒng)的理解，更加鞏固了老師在課堂上所教的知識。而且，隨著實驗的進程，我發(fā)現了一些新的知識和問題，但所幸的是，這些小問題都在通過我和同學們的討論下得以破解。也是通過這么幾次的OFDM 系統(tǒng)實驗，使得我對用matlab對

11、OFDM系統(tǒng)進行設計的流程又有了更加深刻的了解和體會，從而，對于本次實驗的內容，也有了初步的理解和掌握；知道了以后在對OFDM 系統(tǒng)進行設計的時候知道該如何去操作matlab軟件，但是所不足的是，對理論性知識掌握程度不夠。也是通過這次實驗，使我了解了基于matlab對OFDM 系統(tǒng)進行設計的方法，也讓我明白了對于OFDM 系統(tǒng)進行設計的方法以及效果等有很多，但這次試驗只弄出了其中很少的一部分。從而，通過此次實驗，讓我了解了OFDM 系統(tǒng)進行設計的原理和算法，熟悉了matlab的應用有助于對OFDM 系統(tǒng)進行設計方法的學習和掌握。但是。在實驗的過程中，我還是遇到了許許多多的問題，比如說在剛開始學

12、的時候始終搞不明白它的原理、對正交子載波的正交性不理解、對多徑信道不理解等；最后經過與老師討論、與同學切磋和去圖書館查資料，再加上自己反復的研究，最后終于解決了 這些絆腳石 。同時，在解決這些各種各樣的問題的過程中，也讓我對 matlab 仿真有了一個新的認識，在仿真過程中會出現很多意想不到的錯誤，它需要我耐心的去調試、改正等等。總而言之，言而總之，通過這次實驗，使得我基本上掌握了對OFDM 系統(tǒng)進行設計操作的基本方法，了解了其設計的一些基礎算法；我會在以后的學習中，更加努力，既注重理論性的學習，又要對OFDM 系統(tǒng)設計做一些更加具體、更加有針對性的、精確性的操作，也希望在下次試驗中不再范同樣

13、的錯誤。增強使用MATLAB的能力?？偠灾磺卸家詫嵺`為前提，實驗是必不可少的！實力是必要的根本。六、實驗主要仿真代碼：%OFDM_decode.mclear all;clc;% 參數設置 P_pdB=0 -8 -17 -21 -25;% 信道抽頭功率，單位： dBC_Delay=0 3 5 6 8;% 信道延時 samplePower=10.(P_pdB/10);% 信道抽頭Channeltap_L=leTgth(P_pdB); % 信道抽頭長度Channel_L=max(C_Delay)+1;% 信道長度M=16; % 16QAM 調制參數FFT_L=128; %FFT 長度Tg=F

14、FT_L/4; % 循環(huán)前綴的長度，長度為單個 OFDM 符號長度的 1/4SYM_L=FFT_L+Tg; % 加了循環(huán)前綴的單個 OFDM 符號的長度EbN0=0:5:30; % 信噪比N_iter=1000; % 每個信噪比的迭代次數signal_p=0;% 信號功率初始化，初始值為 0% 不同信噪比下進行 OFDM 實驗 for k=0:length(EbN0)randn(state,0);rand(state,0);Neb=0; % 初始錯誤的碼元個數for m=1:N_iterX=randint(1,FFT_L,M);Xmod=qammod(X,M); % 16QAM 調制% iFF

15、T 變換 kk1=FFT_L/2+1:FFT_L; kk2=1:FFT_L/2;X_shift=Xmod(kk1) Xmod(kk2);x=ifft(X_shift); % 逆傅里葉變換x_g=x(FFT_L-Tg+1:FFT_L),x;% 加入保護間隔% 多徑信道衰落 channel=(randn(1,Channeltap_L)+randn(1,Channeltap_L)*1i).*sqrt(Power/2);% 瑞利衰落h=zeros(1,Channel_L);h(C_Delay+1)=channel;% 信道脈沖響應y=conv(x_g,h); % 通過信道，時域卷積% 只加高斯白噪聲

16、if k=0y1=y(1:SYM_L);signal_p=signal_p+y1*y1;continue;end% 加高斯白噪聲snr=EbN0(k);noise_mag=sqrt(10.(-snr/10);% 噪聲大小awgn=noise_mag*(randn(size(y)+randn(size(y)*1i);y_g=y+awgn;% 信道的頻率響應H=fft(h,zeros(1,FFT_L-Channel_L);H_shift(1:FFT_L)=H(kk1),H(kk2);y_r=y_g(Tg+1:SYM_L);% 去掉循環(huán)前綴Y=fft(y_r);Y_shift=Y(kk1) Y(kk2);% 信道均衡Xmode_r(1:FFT_L)=Y_shif