OFDM仿真可编辑修改word版.docx
《OFDM仿真可编辑修改word版.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《OFDM仿真可编辑修改word版.docx（17页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
OFDM仿真可编辑修改word版
一、题目
OFDM系统的Matlab仿真
二、仿真要求
要求一：
OFDM系统的数据传输
①传输的数据随机产生；
②调制方式采用16QAM；
③必须加信道的衰落
④必须加高斯白噪声
⑤接收端要对信道进行均衡。
要求二：
要求对BER的性能仿真
设计仿真方案，得到在数据传输过程中不同信噪比的BER性能结论，要求得到的BER曲线较为平滑。
三、仿真方案详细设计
（一）基于IFFT/FFT实现的OFDM系统方框图：
（二）详细设计方案：
1确定参数
需要确定的参数为：
子信道，子载波数，FFT长度，每次使用的OFDM符号数，调制度
水平，符号速率，比特率，保护间隔长度，信噪比，插入导频数，基本的仿真可以不插入导频，可以为0。
2产生数据
使用个随机数产生器产生二进制数据，每次产生的数据个数为carrier_count*
symbols_per_carrier*bits_per_symbol。
3编码交织
交织编码可以有效地抗突发干扰。
4子载波调制
OFDM采用BPSK、QPSK、16QAM、64QAM4种调制方式。
按照星座图，将每个子信
道上的数据，映射到星座图点的复数表示，转换为同相Ich和正交分量Qch。
其实这是一种查表的方法，以16QAM星座为例，bits_per_symbol=4，则每个OFDM符号的每个子信道上有4个二进制数{d1,d2,d3,d4},共有16种取值，对应星座图上16个点，每个点的实部记为Qch。
为了所有的映射点有相同高的平均功率，输出要进行归一化，所以对
应BPSK,PQSK,16QAM,64QAM，分别乘以归一化系数系数1，1
序列即为映射后的调制结果。
5串并转换。
将一路高速数据转换成多路低速数据
6IFFT。
2,1
10,1
42.输出的复数
对上一步得到的相同分量和正交分量按照（Ich+Qch*i）进行IFFT运算。
并将得到的复
数的实部作为新的Ich，虚部作为新的Qch。
在实际运用中，信号的产生和解调都是采用数字信号处理的方法来实现的，此时要对信号进行抽样，形成离散时间信号。
由于OFDM信号的带宽为B=N·Δf，信号必须以Δt=1/B=1/（N·Δf）的时间间隔进行采样。
采样后的信号用sn,i
表示，i=0,1,…,N-1，则有
sn,i
=1∑N-1S
k=0
n,k
ej2ik/N
从该式可以看出，它是一个严格的离散反傅立叶变换（IDFT）的表达式。
IDFT可以采用快速反傅立叶变换（IFFT）来实现
7加入保护间隔。
由IFFT运算后的每个符号的同相分量和正交分量分别转换为串行数据，并将符号尾部G
长度的数据加到头部，构成循环前缀。
如果加入空的间隔，在多径传播的影响下，会造成载波间干扰ICI。
保护见个的长度G应该大于多径时的扩张的最大值。
保护时间FFT积分时间
OFDM符号周期
图1-2多径情况下，空闲保护间隔在子载波间造成的干扰
8加窗
图1-3保护间隔的插入过程
加窗是为了降低系统的PAPR，滚降系数为1/32。
通过这种方法，可以显著地改善OFDM
通信系统高的PAPR分布，大大降低了峰值信号出现的概率以及对功率放大器的要求，节约成本。
经常被采用的窗函数是升余弦窗
w（t）
⎧0.5+0.5cos（+t（Ts））
=
⎪
⎨1.0
0≤t≤Ts
Ts≤t≤Ts
⎪0.5+0.5cos（（t-Ts）（Ts））
Ts≤t≤（1+）Ts
（1-2）
图1-9经过加窗处理后的OFDM符号示意图
9通过信道。
信道分为多径实验信道和高斯白噪声信道。
多径时延信道直射波河延迟波对于标准时间
按照固定比率递减，因此多径时延信道参数为比率和对大延迟时间。
10同步。
同步是决定OFDM系统高性能十分重要的方面，实际OFDM系统都有同步过称。
主要
同步方法有使用导频，循环前缀，忙算法三种。
研究目的为同步的可以详细实现本步，基本的方针可以略过此步，假设接收端已经于发射端同步。
11去掉保护间隔。
根据同步得到的数据，分别见给每个符号的同相分量和正交分量开头的保护间隔去掉。
12并串转换。
将每个符号分布在子信道上的数据，还原为一路串行数据。
13FFT。
对每个符号的同相分量和正交分量按照（Ich+Qch*i）进行FFT运算。
并将得到的实部
作为新的Ich，虚部作为新的Qch。
与发端相类似，上述相关运算可以通过离散傅立叶变换（DFT）或快速傅立叶变换（FFT）来实现，即：
Rn,k
1N-1
n,i
i=0
e-j2πik/N
14子载波解调
FFT后的同相粉脸感和正交分量两组数据在星座图上对饮高的点，由于噪声和信道的影
响，不再是严格的发送端的星座图。
将得到的星座图上的点按照最近原则判决为原星座图上的点，并按映射规则还原为一组数据。
15解码解交织。
按照编码交织对应解码，解交织的方法，还原为原始数据，并进行纠错处理。
16计算误码率。
比较第2步产生的数据和接收到的数据，计算误码率BER
17统计误码率
使用for循环，将SNR从0dB到30dB逐五变化，运行主函数，统计误码率，画出误码率曲线。
四、仿真结果及结论
16QAM下下下下下下
4
3
2
1
0
-1
-2
-3
-4
-4-3-2-101234
下下下下下下下下下OFDMTimeSignal
Amplitude（volts）
0.5
0
-0.5
010002000300040005000600070008000
Time（samples）
下下下下下下下下OFDMTimeSignal
Amplitude（volts）
0.5
0
-0.5010002000300040005000600070008000
Time（samples）
下下下下下下下下下
20
10
0
-10
-20
-30
-40
00.050.10.150.20.250.30.350.40.450.5
NormalizedFrequency（0.5=fs/2）
下下下下下下下下下下下下下
1800
270
XY下下下下下下下下下下
4
3
2
1
0
-1
-2
-3
-4
-4-3-2-1
01234
下下下下下下下下下下下下
1
0.5
0
0102030405060708090100
下下下下下下下下下下下下
1
0.5
00102030405060708090100
100
Rayleighfading
10-1
10-2
10-3
051015
SNR1
该函数基本能实现本次实验的要求，概括了OFDM主要的实现过程，能画出每一个步骤的图像，更具体形象地反应了OFDM的过程。
同时也能统计并绘制出在不同信噪比情况下的误码率曲线。
五、总结与体会
本程序没有添加信道估计部分，与峰均值仿真，如果添加了将更加完善对OFDM的研究。
且通过本次仿真实验，让我更加清楚地明白了OFDM调制技术的过程与其优缺点。
OFDM技术的优点主要有：
（1）OFDM调制方式适用于多径和衰落信道中的高速数据传输。
当信道因为多径的影响出现频率选择性衰落时，只有落在频率凹陷处的载波及其携带的信息受到影响，其它子载波未受损害；。
（2）在OFDM调制方式中，通过插入保护间隔，可以很好地克服符号间干扰（ISI）和载波间干扰（ICI）
（3）由于OFDM各子载波相互正交，允许各子载波有1/2重叠，因此可以大大提高频谱利用率：
（4）由于深度衰落而丢失的一些子载波可通过编码、交织等措施来很好的恢复，提高系统抗误码性能，且通过各子载波的联合编码，具有很强的抗衰落能力；
（5）OFDM技术抗脉冲及窄带干扰的能力很强，因为这些干扰仅仅影响到很小一部分的子信道；
（6）与单载波系统相比，对采样定时偏移不敏感。
OFDM技术的缺点主要有：
（1）由于要求各子载波正交，所以对频率偏移和相位噪声很敏感；
（2）由于各子载波相互独立，峰值功率与均值功率比相对较大，且随子载波数目的增加而增加。
高峰均比信号通过功放时，为了避免信号的非线性失真和带外频谱再生，功放需要具有较大的线性范围，导致射频放大器的功率效率降低。
六、主要仿真代码
clearall;
closeall;
carrier_count=200;%子载波数symbols_per_carrier=12;%每子载波含符号数bits_per_symbol=4;%每符号含比特数,16QAM调制IFFT_bin_length=512;%FFT点数
PrefixRatio=1/4;%保护间隔与OFDM数据的比例1/6~1/4
GI=PrefixRatio*IFFT_bin_length;%每一个OFDM符号添加的循环前缀长度为1/4*IFFT_bin_length即保护间隔长度为128
beta=1/32;%窗函数滚降系数GIP=beta*（IFFT_bin_length+GI）;%循环后缀的长度20SNR=15;%信噪比dB
%==================================================
%================信号产生===================================
baseband_out_length=carrier_count*symbols_per_carrier*bits_per_symbol;%所输入的比特数目
carriers=（1:
carrier_count）+（floor（IFFT_bin_length/4）-floor（carrier_count/2））;%共轭对称子载波映射复数数据对应的IFFT点坐标
conjugate_carriers=IFFT_bin_length-carriers+2;%共轭对称子载波映射共轭复数对应的IFFT点坐标baseband_out=round（rand（1,baseband_out_length））;%输出待调制的二进制比特流
%==============16QAM调制====================================
complex_carrier_matrix=qam16（baseband_out）;%列向量complex_carrier_matrix=reshape（complex_carrier_matrix',carrier_count,symbols_per_carrier）';%symbols_per_carrier*carrier_count矩阵
figure
（1）;
plot（complex_carrier_matrix,'*r'）;%16QAM调制后星座图title（'16QAM调制后星座图'）
axis（[-4,4,-4,4]）;
gridon
%=================IFFT===========================
IFFT_modulation=zeros（symbols_per_carrier,IFFT_bin_length）;%添0组成IFFT_bin_lengthIFFT运算IFFT_modulation（:
carriers）=complex_carrier_matrix;%未添加导频信号，子载波映射在此处IFFT_modulation（:
conjugate_carriers）=conj（complex_carrier_matrix）;%共轭复数映射
%=================================================================
signal_after_IFFT=ifft（IFFT_modulation,IFFT_bin_length,2）;%OFDM调制即IFFT变换
time_wave_matrix=signal_after_IFFT;%时域波形矩阵，行为每载波所含符号数，列ITTF点数，N个子载波映射在其内，每一行即为一个OFDM符号
%===========================================================
%=====================添加循环前缀与后缀====================================
XX=zeros（symbols_per_carrier,IFFT_bin_length+GI+GIP）;fork=1:
symbols_per_carrier;
fori=1:
IFFT_bin_length;XX（k,i+GI）=signal_after_IFFT（k,i）;
end
fori=1:
GI;
XX（k,i）=signal_after_IFFT（k,i+IFFT_bin_length-GI）;%添加循环前缀
end
forj=1:
GIP;
XX（k,IFFT_bin_length+GI+j）=signal_after_IFFT（k,j）;%添加循环后缀
end
end
time_wave_matrix_cp=XX;%添加了循环前缀与后缀的时域信号矩阵,此时一个OFDM符号长度为IFFT_bin_length+GI+GIP=660
%==============OFDM符号加窗==========================================
windowed_time_wave_matrix_cp=zeros（1,IFFT_bin_length+GI+GIP）;fori=1:
symbols_per_carrier
windowed_time_wave_matrix_cp（i,:
）=
real（time_wave_matrix_cp（i,:
））.*rcoswindow（beta,IFFT_bin_length+GI）';%加窗升余弦窗
end
%========================生成发送信号，并串变换
==================================================
windowed_Tx_data=zeros（1,symbols_per_carrier*（IFFT_bin_length+GI）+GIP）;windowed_Tx_data（1:
IFFT_bin_length+GI+GIP）=windowed_time_wave_matrix_cp（1,:
）;fori=1:
symbols_per_carrier-1;
windowed_Tx_data（（IFFT_bin_length+GI）*i+1:
（IFFT_bin_length+GI）*（i+1）+GIP）=windowed_time_wave_matrix_cp（i+1,:
）;%并串转换，循环后缀与循环前缀相叠加
end
%=======================================================
Tx_data=reshape（windowed_time_wave_matrix_cp',（symbols_per_carrier）*（IFFT_bin_length+GI+GIP）,1）';%加窗后循环前缀与后缀不叠加的串行信号
%=================================================================
temp_time1=（symbols_per_carrier）*（IFFT_bin_length+GI+GIP）;%加窗后循环前缀与后缀不叠加发送总位数
figure
（2）subplot（2,1,1）;
plot（0:
temp_time1-1,Tx_data）;%循环前缀与后缀不叠加发送的信号波形
gridon
ylabel（'Amplitude（volts）'）xlabel（'Time（samples）'）
title（'循环前后缀不叠加的OFDMTimeSignal'）
temp_time2=symbols_per_carrier*（IFFT_bin_length+GI）+GIP;subplot（2,1,2）;
plot（0:
temp_time2-1,windowed_Tx_data）;%循环后缀与循环前缀相叠加发送信号波形
gridon
ylabel（'Amplitude（volts）'）xlabel（'Time（samples）'）
title（'循环前后缀叠加的OFDMTimeSignal'）
%===============加窗的发送信号频谱=================================
symbols_per_average=ceil（symbols_per_carrier/5）;%符号数的1/5，10行
avg_temp_time=（IFFT_bin_length+GI+GIP）*symbols_per_average;%点数，10行数据，10个符号
averages=floor（temp_time1/avg_temp_time）;average_fft（1:
avg_temp_time）=0;%分成5段fora=0:
（averages-1）
subset_ofdm=Tx_data（（（a*avg_temp_time）+1）:
（（a+1）*avg_temp_time））;%利用循环前缀后缀未叠加的串行加窗信号计算频谱
subset_ofdm_f=abs（fft（subset_ofdm））;%分段求频谱
average_fft=average_fft+（subset_ofdm_f/averages）;%总共的数据分为5段，分段进行FFT，平均相加end
average_fft_log=20*log10（average_fft）;figure（3）
subplot（2,1,2）
plot（（0:
（avg_temp_time-1））/avg_temp_time,average_fft_log）%归一化0/avg_temp_time:
（avg_temp_time-1）/avg_temp_time
holdon
plot（0:
1/IFFT_bin_length:
1,-35,'rd'）gridon
axis（[00.5-40max（average_fft_log）]）ylabel（'Magnitude（dB）'）xlabel（'NormalizedFrequency（0.5=fs/2）'）title（'加窗的发送信号频谱'）
%====================添加噪声=================================
Tx_signal_power=var（windowed_Tx_data）;%发送信号功率linear_SNR=10^（SNR/10）;%线性信噪比noise_sigma=Tx_signal_power/linear_SNR;noise_scale_factor=sqrt（noise_sigma）;%标准差sigma
noise=randn（1,（（symbols_per_carrier）*（IFFT_bin_length+GI））+GIP）*noise_scale_factor;%产生正态分布噪声序列
Rx_data=windowed_Tx_data+noise;%接收到的信号加噪声
%=====================接收信号串/并变换去除前缀与后缀
==========================================
Rx_data_matrix=zeros（symbols_per_carrier,IFFT_bin_length+GI+GIP）;fori=1:
symbols_per_carrier;
Rx_data_matrix（i,:
）=Rx_data（1,（i-1）*（IFFT_bin_length+GI）+1:
i*（IFFT_bin_length+GI）+GIP）;%串并变换
end
Rx_data_complex_matrix=Rx_data_matrix（:
GI+1:
IFFT_bin_length+GI）;%去除循环前缀与循环后缀，得到有用信号矩阵
%==============================================================
%OFDM解码16QAM解码
%=================FFT变换=================================
Y1=fft（Rx_data_complex_matrix,IFFT_bin_length,2）;%OFDM解码即FFT变换Rx_carriers=Y1（:
carriers）;%除去IFFT/FFT变换添加的0，选出映射的子载波Rx_phase=angle（Rx_carriers）;%接收信号的相位
Rx_mag=abs（Rx_carriers）;%接收信号的幅度figure（4）;
polar（Rx_phase,Rx_mag,'bd'）;%极坐标坐标下画出接收信号的星座图title（'极坐标下的接收信号的星座图'）
%====================================
升级会员 