1、實驗六OFDM調制和頻域均衡一、實驗目標掌握OFDM收發原理以及均衡算法，在Labview+USRP平臺下實現OFDM收發信號。二、實驗介紹OFDM OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)即正交頻分復用技術，實際上是一種多載波調制技術。將信道分成若干正交子信道，將每個子信道上的信號帶寬小于信道的相干帶寬，因此每個子信道上的可以看成平坦性衰落，從而可以消除符號間干擾。而且由于每個子信道的帶寬僅僅是原信道帶寬的一小部分，在接收端進行簡單的線性均衡，信道均衡變得相對容易。OFDM廣泛用干各種數字傳輸和通信中，如IEEE802.11g、IEEE

2、802.11a、IEEE802.11n、；包括WIFI（IEEE802.16）在內的寬帶無線接入；移動寬帶無線接入IEEE802.20；數字視頻廣播(DVB)和HDTV地面傳播系統。循環前綴CP持續時間由最大時延擴展決定，作用是防止碼間干擾（ISI）、子載波間干擾（ICI）以及降低對定時偏差的敏感程度。帶寬一定前提下，子載波間隔與FFT點數N成反比，N越大子載波間隔越小，隨著N增大頻譜效率提高但同時也會造成對頻偏更加敏感。普遍來說OFDM系統并不是所有子載波都是有用的，總會在頻域有一些空載波。由于直流射頻失真存在，零頻或者直流一般是空的。在頻率響應的邊緣一般也是空的用作保護帶以防止鄰頻干擾。頻

3、率選擇性信道會破壞子載波正交性，因此需要做某種形式的均衡。OFDM使用循環前綴使頻域均衡成為可能。這是因為OFDM將頻率選擇性信道分成若干個在頻域復用的平坦性衰落子信道，因此每個子信道上可以應用簡單迫零均衡。OFDM的優勢并不僅僅體現在低復雜度均衡上面，它還提供了一種框架可以應用許多先進的數字通信技術例如自適應調制和功率均衡。當然多載波相對于單載波并不都是優勢，我們這個實驗將要探討頻率選擇性信道和OFDM系統對頻偏敏感度問題。三、實驗任務你需要提交三個子vi(OFDM_modulate.vi，OFDM_demodulate.vi以及FEQ.vi)，而且需要回答第四部分提出的問題1、完成OFDM

4、調制模塊圖1OFDM發送機和接收機結構在發送端OFDM調制首先圖片轉換成比特，經過星座圖映射后得到頻域符號（M是星座調制階數）。對符號進行1：N-K串并變換（K是空子載波數、N是子載波數），插入K個零值得到。再進行N點IFFT變換，生成包含N個點的OFDM符號，N一般取。然后添加循環前綴其長度為，最后生成序列，此處為了簡化省略了載波恢復和同步，接收端單抽頭頻域均衡。（1）其中是輸入符號離散傅里葉變換。 （2）說明開始和最后個采樣點相同，也就是所說的循環前綴，循環前綴是為了防止符號間干擾，同時有助于將線性卷積轉換為循環卷積。l 編寫OFDM_modulate.vi模塊我們提供需要創建的OFDM調

5、制子vi模板并且給出了輸入輸出，你需要做的是完成框圖構建實現其功能。表1 OFDM_modulate.viOFDM_modulate.vi-實現OFDM調制輸入input symbols一維數組（復數雙精度）用于OFDM調制的輸入符號流輸出output samples一維數組（復數雙精度）OFDM調制后樣本流：一個OFDM符號包括個樣點2、添加IEEE802.11a短序列在發送端對生成OFDM符號打包發送需添加訓練序列用于接收端同步和信道估計，然后還需要在包頭添加保護帶，用來防止鄰頻干擾。訓練序列由IEEE802.11a短序列產生：在序數是偶數的子載波發送偽隨機序列，在序數是奇數的子載波發送零

6、數據，經過IFFT變化得到前后樣本值系統的特殊訓練序列。3、添加信道在發送端添加人為定義的信道：AWGN和ISIAWGN: （3）ISI: （4）對OFDM符號進行上采樣再送到脈沖成型濾波器（脈沖成型是在頻域加窗使頻譜成型）此時Labview基帶處理已經完成準備送到NI USRP進行發送。4、OFDM解調和均衡NI USRP接收天線收到信號經過射頻和中頻處理恢復到基帶信號。接收信號經過匹配濾波器、符號定時、下采樣和幀同步以及載波同步后的信號，去除控制信息后進行OFDM解調：串并變換、去除CP、FFT變換、進行頻域均衡。 （5）去掉循環前綴（即丟掉前個采樣點）。頻域采用迫零均衡算法 （6）這些采

7、樣點進行傅里葉變換后得 （7） 簡單通過除以實現均衡。因為OFDM將頻率選擇性信道分為N條平坦衰落子信道。因此OFDM每條子信道可以使用簡單的迫零均衡實現均衡。經過頻域均衡的信號再經過刪除空值、并串變換，QPSK解調，由比特恢復圖片，最后進行誤比特計算。l 編寫OFDM_modulate.vi和FEQ.vi模塊我們提供需要創建的OFDM解調和均衡子vi模板并且給出了輸入輸出，你需要做的是完成框圖構建實現其功能。表2 OFDM_demodulate.viOFDM_demodulate.vi-實現OFDM解調輸入input samples一維數組用于OFDM調制的輸入符號流channel esti

8、mate一維數組時域信道估計用于頻域均衡number of data symbols32位整數需要恢復的QPSK/BPSK符號數Equalize channel?布爾型決定是否應用頻域均衡。默認值為真輸出demodulated symbols一維數組OFDM解調后數據符號流FD channel estimate一維數組時域信道估計的頻域響應表3 FEQ.viFEQ.vi-實現頻域均衡輸入input 二維數組并行符號塊（FFT輸出），每一行對應一個符號塊channel estimate一維數組時域信道估計用于頻域均衡輸出demodulated symbols二維數組均衡后符號塊，每一行對應一個符

9、號塊FD channel estimate一維數組時域信道估計的頻域響應5、完成收發端框圖圖2OFDM_transmitter.vi框架結構圖3OFDM_receiver.vi框架結構將代碼嵌入到OFDM_transmitter.vi和OFDM_receiver.vi后。通過觀察收發星座圖以及OFDM收發頻譜是否滿足選擇調制方式驗證代碼。在這個實驗，我們在真實無線鏈路實現OFDMmodulate.vi和OFDM demodulate.vi，結合我們已經提供的模塊和自己編碼的模塊完成收發信機OFDM_transmitter.vi和OFDM_receiver.vi。實驗框架如圖4所示。圖4OFDM

10、框架層次結構OFDM參數：l T是采樣周期l 是OFDM符號周期l 是循環前綴持續時間發送端top_ofdm_tx.vi參數設置如下：l Modulation type=QPSKl Channel estimate length=4l FFT size(N)=64l Length of CP()=16l Null tones=0，30，31，32圖5top_ofdm_tx.vi圖6OFDM parameters簇（1）頻率選擇性信道首先我們觀察頻率選擇性信道的頻譜響應，參數設置如下l TX sample rate=4MSam/secl TX oversample factor=4l RX sa

11、mple rate=4MSam/secl RX oversample factor=4在成功發送包后，在接收端top_ofdm_receiver.vi前面板（如圖7所示）通過Channel Response、Power Delay Profile曲線圖觀察寬帶信道頻域響應和即時功率譜。同時需要注意信道響應的有效長度。在這部分把天線放置到適當高度是很重要的，確保所有反射路徑信號都能到達天線。圖7top_ofdm_rx.vi回答以下問題：1、 OFDM符號速率2、 寬帶信道有效長度3、 描述寬帶信道頻域響應是平坦的還是頻率選擇性的？以及寬帶信道有效長度關系。（2）頻偏敏感度這個實驗我們觀察在頻偏存

12、在前提上OFDM系統的性能表現。參數設置如下：l TX sample rate=4MSam/secl TX oversample factor=4l RX sample rate=4MSam/secl RX oversample factor=4l Frequency Offset=200Hz為了觀察頻偏對系統的影響，需要將在top_ofdm_rx.vi前面板設置CorrectFrequency Offset控件為false。我們將考慮不同N值的OFDM系統。OFDM參數設置如下：l FFT size(N)=64l Length of CP()=16l Null tones=0，30，31，32觀察頻偏值如何影響接收星座圖和接收端OFDM頻譜以及系統誤碼率。然后改變OFDM系統參數，同樣觀察頻偏值如何影響接收星座圖以及系統誤碼率。l FFT size(N)=1024l Length of CP()=32l Null tones