1、 南昌大學(xué)實驗報告學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 專業(yè)班級： 實驗類型： 驗證 綜合 設(shè)計 創(chuàng)新 實驗日期： 實驗成績： 實驗四 OFDM系統(tǒng)仿真一、實驗?zāi)康?、 了解OFDM技術(shù)的原理與特點(diǎn)；2、 掌握基于Matlab的OFDM仿真及性能分析；二、實驗原理1、OFDM調(diào)制基本原理正交頻分復(fù)用(OFDM)是多載波調(diào)制(MCM)技術(shù)的一種。MCM的基本思想是把數(shù)據(jù)流串并變換為N路速率較低的子數(shù)據(jù)流，用它們分別去調(diào)制N路子載波后再并行傳輸。因子數(shù)據(jù)流的速率是原來的1/N，即符號周期擴(kuò)大為原來的N倍，遠(yuǎn)大于信道的最大延遲擴(kuò)展，這樣MCM就把一個寬帶頻率選擇性信道劃分成N個窄帶平坦衰落信道，從而“先天”具有很強(qiáng)

2、的抗多徑衰落和抗脈沖干擾的能力，特別適合于高速無線數(shù)據(jù)傳輸。OFDM是一種子載波相互混疊的MCM，因此它除了具有上述毗M的優(yōu)勢外，還具有更高的頻譜利用率。OFDM選擇時域相互正交的子載波，創(chuàng)門雖然在頻域相互混疊，卻仍能在接收端被分離出來。2、OFDM系統(tǒng)的實現(xiàn)模型利用離散反傅里葉變換( IDFT) 或快速反傅里葉變換( IFFT) 實現(xiàn)的OFDM系統(tǒng)如圖1 所示。輸入已經(jīng)過調(diào)制(符號匹配) 的復(fù)信號經(jīng)過串P并變換后,進(jìn)行IDFT 或IFFT 和并/串變換,然后插入保護(hù)間隔,再經(jīng)過數(shù)/模變換后形成OFDM調(diào)制后的信號s (t) 。該信號經(jīng)過信道后,接收到的信號r ( t ) 經(jīng)過模P數(shù)變換,去掉

3、保護(hù)間隔以恢復(fù)子載波之間的正交性,再經(jīng)過串/并變換和DFT 或FFT 后,恢復(fù)出OFDM的調(diào)制信號,再經(jīng)過并P串變換后還原出輸入的符號。圖1 OFDM系統(tǒng)的實現(xiàn)框圖從OFDM系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)可看出, 一對離散傅里葉變換是它的核心,它使各子載波相互正交。設(shè)OFDM信號發(fā)射周期為0,T,在這個周期內(nèi)并行傳輸?shù)腘 個符號為,其中為一般復(fù)數(shù), 并對應(yīng)調(diào)制星座圖中的某一矢量。比如分別為所要傳輸?shù)牟⑿行盘? 若將其合為一個復(fù)數(shù)信號, 很多個這樣的復(fù)數(shù)信號采用快速傅里葉變換, 同時也實現(xiàn)對正交載波的調(diào)制, 這就大大加快了信號的處理調(diào)制速度(在接收端解調(diào)也同樣) 。由于實際發(fā)送的是復(fù)數(shù)的實部, 因此在IFFT

4、的算法中會將處理后的信號都映射為實數(shù), 然后經(jīng)過射頻調(diào)制發(fā)出。3、OFDM系統(tǒng)的保護(hù)間隔( GI) 和循環(huán)前綴(CP)1、保護(hù)間隔為了保持子載波之間的正交性,在發(fā)送之前就要在每個OFDM 符號之間插入保護(hù)間隔,該保護(hù)間隔的長度TG一般要大于無線信道的最大時延擴(kuò)展,才會使一個符號的多徑分量不會對下一個符號造成干擾,從而有效消除碼間干擾( ISI) 。如果在這段保護(hù)間隔內(nèi),不插入任何信號,僅把它作為一段空閑的傳輸時段,那么由于多徑傳播的影響,就會產(chǎn)生子信道間的干擾( ICI) ,這樣還是會破壞子載波之間的正交性,使得各子載波之間產(chǎn)生干擾。2、循環(huán)前綴為了消除多徑傳播造成的ICI ,一種有效的方法是

5、將原來寬度為T 的OFDM 符號進(jìn)行周期擴(kuò)展,用擴(kuò)展信號來填充保護(hù)間隔,經(jīng)擴(kuò)充的保護(hù)間隔內(nèi)的信號稱為循環(huán)前綴,循環(huán)前綴中的信號與OFDM 符號尾部寬度為TG 的部分相同。在一個OFDM符號中,循環(huán)前綴部分?jǐn)y帶任何信息,它和信息一起傳送會帶來功率和信息速率的損失,但是由于保護(hù)間隔的插入可以消除多徑傳播引起的ICI 影響,能更好地體現(xiàn)多載波傳輸?shù)膬?yōu)越性,因此上述的損失是值得的。三、實驗內(nèi)容1、 結(jié)合理論課講解基于Matlab仿真OFDM信號，繪制OFDM符號星座圖，時域、頻域曲線；2、 繪制發(fā)送端、接收端低通濾波器的幅頻特性；3、 分析AWGN信道條件下OFDM系統(tǒng)的誤碼率性能；4、 用簡要的文字描述實驗感受。四、實驗仿真1、OFDM時域頻域波形2、OFDM信號加窗3、OFDM符號星座圖4、輸入輸出5、AWGN信道條件下OFDM系統(tǒng)的誤碼率五、實驗思考與結(jié)論從OFDM系統(tǒng)的原理和仿真過程可以看出，OFDM系統(tǒng)頻帶利用率高，因為OFDM允許重疊的正交子載波作為子信道，而不是傳統(tǒng)的利用保護(hù)頻帶分離子信道。同時高速數(shù)據(jù)流通過串并轉(zhuǎn)換，能使得每個子載波上的信號時間比相應(yīng)同速率的單載波系統(tǒng)上的信號時間長，采用循環(huán)