第第頁共39頁基于MATLAB的OFDM的仿真研究目錄TOC\o"1-3"\h\u5440引言 211241緒論 377541.1選題背景及意義 385301.2OFDM技術(shù)的發(fā)展 3209881.3主要工作和章節(jié)安排 4202042OFDM的基本原理 6140222.1OFDM的調(diào)制解調(diào)原理 62292.1.1串并轉(zhuǎn)換 811382.2調(diào)制方式 8243822.3信道模型 10155972.4OFDM的優(yōu)缺點 11159652.4.1優(yōu)點 11318812.4.2缺點 1212132.5本章小結(jié) 12177663OFDM關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用 13213283.1保護間隔與循環(huán)前綴 13263183.2信道均衡 16117273.3星座映射 17268313.4本章小結(jié) 1826844OFDM仿真過程及結(jié)果分析 19259484.1仿真軟件 19115714.2仿真參數(shù) 19173374.3仿真過程及結(jié)果分析 20122874.3.1信源的產(chǎn)生 20270294.3.2QPSK/16QAM調(diào)制 20143244.3.3OFDM調(diào)制 21153964.3.4加入CP 23326654.3.5多徑信道 23111034.3.6高斯噪聲 25212624.3.7OFDM解調(diào) 25293564.3.8QPSK/16QAM解調(diào) 27186284.3.9誤碼率曲線圖 27319554.4本章小結(jié) 29322785總結(jié) 30摘要通信技術(shù)隨著人們的需求在不斷地發(fā)展，需要更有效的數(shù)據(jù)傳送速度和更高的可靠性。正交頻分多路傳輸（OFDM）是一種利用頻分多路傳輸?shù)亩噍d波調(diào)制技術(shù)，基于其獨特的子載波調(diào)制技術(shù)，使其傳輸速度快，高頻譜利用率，抗多路徑干擾，它是WLAN與4G移動通訊系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。然而，在無線信道中有多條路徑可供子載波選擇，路徑不同傳輸?shù)臅r間也不一樣，子載波因到達接收端時間不一樣而互相干擾，為了消除這個問題，OFDM符號的保護間隔一般不處于閑置的狀態(tài)，而需要在其中嵌入循環(huán)前綴信號。本文主要討論保護間隔對多徑傳播的影響。本文以正交頻分復(fù)用為研究對象，先是介紹了正交頻分復(fù)用的基本原理以及對OFDM系統(tǒng)框架進行分析，包括串并轉(zhuǎn)換、QPSK和16QAM兩種子載波的調(diào)制、信道模型以及OFDM的優(yōu)點和缺點的介紹。還介紹了OFDM系統(tǒng)仿真過程所用到的一些技術(shù)，關(guān)鍵是保護間隔與循環(huán)前綴，在系統(tǒng)中根據(jù)所給的條件添加合適的循環(huán)前綴，能夠有效地抗多徑效應(yīng)，OFDM系統(tǒng)是使用matlab軟件進行編程仿真，通過分析仿真參數(shù)、頻譜圖、星座圖與信噪比的關(guān)系以及有無循環(huán)前綴的誤碼率曲線圖，經(jīng)過仿真得出結(jié)論：加入循環(huán)前綴的OFDM系統(tǒng)性能更好，并且循環(huán)前綴要大于最大時延。關(guān)鍵詞：OFDM；循環(huán)前綴；多徑信道；星座圖引言現(xiàn)在的世界，信息的傳播速度很快，我們無時無刻不在網(wǎng)絡(luò)上游蕩，對信息的需求也是越來越大。從GSM的第二代移動通信發(fā)展到CDMA2000、WCDMA、TDSCDMA、OFDM、MIMO等新興技術(shù)的LTE（4G），回顧2G到4G，甚至是今天的5G，使人們的日常生活更加方便，這就需要更穩(wěn)定的傳輸速率和更高的傳輸速率[1]。為了適應(yīng)人類對通訊的需要，OFDM作為一種新型的多載波調(diào)制技術(shù)，目前已引起了廣大工程師的廣泛重視[2]。OFDM技術(shù)已經(jīng)發(fā)展了六十多年，由于它存在很好的抗多徑干擾、頻譜得到很好的利用和合適的帶寬傳送等優(yōu)勢，已經(jīng)被WLAN、DTV和移動通信系統(tǒng)所廣泛接受，是目前最基本的寬帶數(shù)字通信技術(shù)。多載波傳輸技術(shù)可以將子載波分成幾組并行傳輸數(shù)據(jù)，與單載波相比在相同的時間內(nèi)可以傳輸更多的信息，不僅快速省時還能物盡其用，OFDM技術(shù)就是此技術(shù)中的一種[2]。OFDM技術(shù)憑借著頻譜利用效率高、實現(xiàn)難度低、受多徑干擾少等優(yōu)點，不僅在移動通信中受到重用，而且在無線通信技術(shù)接下來的進展也起著至關(guān)重要的作用。此外，OFDM技術(shù)加入了循環(huán)前綴之后對多徑延遲造成的碼間干擾具有很好的抑制作用，本文將對OFDM進行研究、設(shè)計仿真，進行驗證。1緒論1.1選題背景及意義1990年代以來，通信技術(shù)急速發(fā)展。整體來看，從家用固定電話向?qū)拵У氖煜まD(zhuǎn)移等，呈現(xiàn)出兩大發(fā)展趨向：“寬帶化”與“數(shù)字化”[3]。優(yōu)秀的通信系統(tǒng)通常具備很多優(yōu)點，有傳統(tǒng)通信系統(tǒng)所不具備的傳輸可靠性高，費用少等優(yōu)點，為我們的生活帶來了更多便利。近年來，正交頻分復(fù)用傳輸技術(shù)（OFDM）在手機通訊中應(yīng)用；在數(shù)字電視和無線局域網(wǎng)等方面有著廣闊的發(fā)展前景。目前OFDM技術(shù)已經(jīng)成功地處理了大量的信道上的數(shù)據(jù)傳輸問題，并且成為了一種解決此類問題的理想選擇。OFDM系統(tǒng)載波的調(diào)制和解調(diào)可以用IFFT和FFT來實現(xiàn)。傳統(tǒng)的模擬和解調(diào)對于產(chǎn)生正交載波的過程比較困難，而且關(guān)于載波與相干解調(diào)器之間產(chǎn)生的問題無從下手，但是OFDM系統(tǒng)就可以輕松地解決這些問題。在無線通信環(huán)境中，影響信息傳輸?shù)脑蛴泻芏喾N，其中導(dǎo)致系統(tǒng)的誤碼率變大的原因就是子載波的衰落。因此，為了盡可能讓OFDM系統(tǒng)將信息傳送得更加準確和靠譜，OFDM系統(tǒng)和卷積碼、RS碼等信道編碼相結(jié)合，其作用是在傳送信息是即使信息發(fā)生了錯誤也能夠即使糾正，這些編碼方法都是在OFDM中被廣泛使用的。而另一種方法，即低密度的奇偶碼（LDPC），則因為它的較好的錯誤校正性能、抗突發(fā)錯誤、譯碼并行等優(yōu)點而被用于OFDM中，結(jié)果是大大降低譯碼延遲[3]。當前有些WLAN規(guī)范已經(jīng)把LDPC碼用作其通道的一種編碼方法，預(yù)計LDPC碼在系統(tǒng)中的傳輸效率會有所提高。1.2OFDM技術(shù)的發(fā)展韋斯坦和艾伯特在1970年開發(fā)了如今在無線通信系統(tǒng)中廣受歡迎的正交頻分復(fù)用系統(tǒng)（OFDM）。OFDM技術(shù)簡介：正交頻分復(fù)用是從1950年代開始發(fā)展起來的，六十年代開始采用多路并行傳輸技術(shù)。該技術(shù)被使用是由于傳統(tǒng)技術(shù)對高速補償?shù)囊蕾囆赃^大，噪聲影響大等一些原因，可以用并行傳輸和重疊子通道的頻分來解決。這種技術(shù)起初是在軍用通訊系統(tǒng)中使用的。然而，OFDM的理論在未來一段時期內(nèi)將其付諸實踐的速度逐漸放緩。與傳統(tǒng)多載波相比，OFDM的子載波之間存在著正交性，因此可以利用FFT來完成調(diào)制，但是由于傅里葉轉(zhuǎn)換器件具有較高的復(fù)雜度，發(fā)射機和接收機的穩(wěn)固度還不成熟、RF的線性化需求等諸多方面均限制了OFDM技術(shù)在實踐中實施。在80年代，MCM技術(shù)有了重大突破，解決了其它問題，因此，OFDM技術(shù)不但可以用于通訊，還可以用于高速的移動通訊。20世紀80年代以后，OFDM技術(shù)又重新引起了人們的關(guān)注。以有線電視頻道為例，Hirosaki于1981利用DFT實現(xiàn)OFDM技術(shù)，對16QAM多通道傳輸19.2kbit/s的MODEM進行了實驗。OFDM在上世紀90年代被廣泛應(yīng)用，如地面上的移動通訊、高速的數(shù)碼使用者回路（HDSL）、ADSL以及HDTV以及地面電臺等多種通訊設(shè)備都使用此技術(shù)。在1999年，IEEE802.11a提出了5GHzWLAN的WLAN,OFDM技術(shù)作為一種物理級的技術(shù)，因此它的傳送速度可以達到54Mbps。通過這種方式，可以實現(xiàn)25MbPs的無線ATM和10MbPs的無線框架結(jié)構(gòu)界面，支持語音、數(shù)據(jù)和圖像服務(wù)。不管是室內(nèi)還是室外，這一速率絕對是可以滿足。OFDM技術(shù)已經(jīng)得到了幾十年的應(yīng)用。OFDM系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)不是簡單的，因此在實際應(yīng)用中還是比較困難，由于此缺點而不能夠廣泛的應(yīng)用。直到1970年，為了能讓OFDM技術(shù)在實際中能夠充分發(fā)揮它的作用，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由復(fù)雜變成簡單。往后的二十年，OFDM技術(shù)對無線FM信道進行了廣泛的研究。近年來，OFDM技術(shù)不僅自身發(fā)展迅速，而且還應(yīng)用于在許多系統(tǒng)中，OFDM技術(shù)廣泛被應(yīng)用在各個系統(tǒng)中也說明了其所具備的理論和技術(shù)都是成熟的。OFDM技術(shù)在4GLTE中得到了應(yīng)用并成為核心技術(shù)，有望在5G時代繼續(xù)成為其主流技術(shù)。1.3主要工作和章節(jié)安排本課題所用到的工具是MATLAB軟件，根據(jù)課題所給的條件進行編程，對OFDM系統(tǒng)進行仿真，重點分析保護間隔在多徑傳播的作用，此次編程中用循環(huán)前綴作為保護間隔，觀察誤碼率曲線圖并分析，最后得出結(jié)論。采用QPSK、16qam調(diào)制子載波，基于星座圖的判決同時要滿足以下參數(shù)條件：傳輸速率25Mbit/s、時延擴展200ns、帶寬小于18MHZ。本論文主要工作如下：第一章：緒論，介紹OFDM研究的背景和意義，正交頻分復(fù)用技術(shù)大致歷程，并對本論文的主要內(nèi)容、章節(jié)的編排作了簡要的說明。第二章：本章主要闡述了OFDM技術(shù)的理論知識，從OFDM的結(jié)構(gòu)框圖進行擴展分析，分別是串并轉(zhuǎn)換、調(diào)制方式、信道模型，還有OFDM的優(yōu)劣之處，最后進行本章小結(jié)。第三章：OFDM關(guān)鍵技術(shù)，保護間隔、循壞前綴，同時分析仿真參數(shù)以及仿真結(jié)果圖，還介紹了信道均衡和星座映射，最后進行本章小結(jié)。第四章：OFDM仿真過程及結(jié)果分析，首先是MATLAB軟件的介紹，其次是仿真參數(shù)的計算，分析仿真過程及結(jié)果，最后進行本章小結(jié)。第五章：總結(jié)，總結(jié)全文。

2OFDM的基本原理OFDM技術(shù)是一種以連續(xù)的方式將高速的串行資料轉(zhuǎn)換為N個較慢的并行資料，然后再進行各種載波的調(diào)制。由于采用了平行傳送系統(tǒng)，使碼元的脈寬大為增加，同時對多路徑信道的抑制能力也有所改善。多路復(fù)用（FDM）技術(shù)中，由于子載波之間的頻譜是獨立的，在發(fā)送信息和接收信息時要用多個發(fā)射濾波和接收濾波來進行，導(dǎo)致系統(tǒng)消耗的費用變高，計算量也變得更大。同時，確保各子載波間有一段間隔，以減少每個子載波之間的串聯(lián)干擾，從而使整個系統(tǒng)的使用效率下降。正交頻分復(fù)用（OFDM）方法通過將正交頻率分割技術(shù)與MIMO技術(shù)相結(jié)合，減少了信道對信號的干擾，可減少信道對系統(tǒng)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊憦亩鼫蚀_地訪問數(shù)據(jù)[4]。在一個傳送通道中，并非只有一個路徑，多路徑傳播過程中，子載波因為時延而互相干擾，可能使各子載波間的正交發(fā)生紊亂。解決多徑傳播出現(xiàn)的時延問題，保護間隔是最優(yōu)選擇，在OFDM發(fā)射信號之前加入一段時間的OFDM信號。當多路徑延遲不超出防護時間范圍時，不會影響到各子載波間的正交。2.1OFDM的調(diào)制解調(diào)原理圖2-1OFDM系統(tǒng)的框架OFDM通過劃分正交子信道，并利用子載波對子信道進行調(diào)制，再把高速串行信號變換成平行的低速信號，使各子載波段的數(shù)據(jù)碼元間隔變大，從而可以有效地降低由于無線電通道的時延而造成的干擾。信號經(jīng)過IFFT操作后，增加OFDM碼元的保護間隔，如果保護時間間隔大于信道中最長的延遲，則可以有效地避免由于多路徑影響而造成的碼間干擾。在實際設(shè)計中，系統(tǒng)不采用一段閑置的保護間隔，而是采用添加循環(huán)前綴的方式，這樣才不會因為多徑效應(yīng)而給信道間產(chǎn)生太多的影響，進行串行轉(zhuǎn)換后將信號發(fā)送出去。信號到達系統(tǒng)的接收端時，先是串行轉(zhuǎn)換并行，接著去掉循環(huán)前綴，采用FFT進行解調(diào)之后將數(shù)據(jù)串行逐個恢復(fù)初始數(shù)據(jù)[5]。在OFDM中的子載波的頻譜與常規(guī)多載波法中子載波的頻譜不一樣，是彼此重疊的，接收方在進行數(shù)據(jù)還原時可以巧妙利用正交特性。OFDM信號調(diào)制的數(shù)學(xué)表達形式如下：（2-1）式子2-1中的d(n)表示調(diào)制碼元中的第n個，T=保護間隔Tg+碼元周期Ts，那么每個子載波會具有以下的頻率：（2-2）子載波頻率中f0是最小的。因為OFDM符號是在并轉(zhuǎn)換M字符串后被并行發(fā)送的，其周期變?yōu)樵瓉淼腗倍，即Ts=MTs，忽略Tg，結(jié)合上兩式可得：(2-3)式中X(t)為復(fù)等效基帶信號(2-4)以1/ts的取樣速度取樣X(t)，即tk=kts。，則有(2-5)從上式知：X(tk)經(jīng)過反離散傅里葉變換得到d(n)，則可以采用IFFT對OFDM進行調(diào)制。IFFT與FFT為互逆關(guān)系，調(diào)制與解調(diào)亦是如此，因此接收端可以采用與IFFT互逆的FFT來實現(xiàn)解調(diào)[6]。在OFDM中，每個相鄰的子載波之間有一定的的頻率范圍，而頻率范圍又與最小允許范圍相同，如圖2-2多路子載波正交頻譜圖，如下圖所示，不同路徑的載波頻譜重疊，但事實上，由于它們在符號持續(xù)期間處于正交狀態(tài)，接收器可以很容易地使用這個功能來區(qū)分子載波。如此密集的子載波頻率不僅可以被充分利用，而且在信道中不用進行波段間隔的防護。凸顯出了OFDM的長處。子載波經(jīng)調(diào)制后，如果使用QPSK以及4QAM等類型對系統(tǒng)進行調(diào)制時，子載波依然保持正交，是因為它的各個波段的位置和形態(tài)沒有任何變化，只是有幾個空穴在幅度和相位上。根據(jù)每個路徑載波所在的信道特點，可以根據(jù)每個路徑載波所在的信道特點進行不同的調(diào)制，并且能夠根據(jù)信道特點進行相應(yīng)的調(diào)整，因此它的適應(yīng)性非常強[7]。圖2-2多路子載波正交頻譜圖2.1.1串并轉(zhuǎn)換傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒ㄊ沁B續(xù)傳輸，即采用了連續(xù)的碼元，在頻率上，每一個碼元可以占據(jù)所有的可用帶寬，資源浪費而且傳輸信息慢。但若使用并行數(shù)據(jù)傳送方式，大量的碼元會被同步傳送，則會降低這些問題。OFDM中，各個碼元的傳送速率從幾十Baud到幾十kBaud不等，這就要求OFDM傳送碼元的串行和平行變換。由于該調(diào)制組件能夠根據(jù)各種情況而調(diào)整，各個載頻的組件也會發(fā)生變化，因此，可以變化比特數(shù)目，并根據(jù)各載波段的長度來進行傳送。在接收機上進行反向處理，將來自不同副載波段的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為開始的串行數(shù)據(jù)。OFDM碼元通過多路徑信道進行通信時，由于頻譜選擇的衰落會使一些子載波產(chǎn)生較大的損耗，造成比特誤差。由于該通道的頻譜特性發(fā)生了零值，使得相鄰的副載波發(fā)送的訊息發(fā)生了破環(huán)，從而在各碼元中產(chǎn)生一系列比特誤差。在均勻分布的情況下，大多數(shù)糾錯碼的效率高于大量連續(xù)發(fā)生的糾錯碼的效率。因此，在并行變換過程中，很多系統(tǒng)都會使用數(shù)據(jù)擾動來實現(xiàn)。因此，為了實現(xiàn)串并轉(zhuǎn)換，將每一個相繼的數(shù)據(jù)位隨意地指派給相應(yīng)的副載波段來完成。在接收機上，執(zhí)行相應(yīng)的反處理來獲得該信號。這種方法既能恢復(fù)原始的位元序列，又能將因信道衰減造成的相繼位誤差進行離散，使得其平均分布在時間上。這樣可以改善正負校正碼BER的效能，改善整個系統(tǒng)的整體效能。2.2調(diào)制方式信號可以通過改變信號的振幅、相位和頻率而被調(diào)制。在OFDM系統(tǒng)中，由于其具有正交的頻率，并且承載著各自的信息，因此，最后一種調(diào)制方式不能應(yīng)用于OFDM系統(tǒng)。QPSK、MQAM等多種調(diào)制模式可以用于短波通訊。正交振幅調(diào)制要使載波振幅和相位發(fā)生變化，它是AS與PAR的綜合應(yīng)用。QAM的方陣天線陣有其特有的優(yōu)勢，易于實現(xiàn)。另外，他們的解調(diào)也比較簡單。QAM包含4QAM，16QAM和64QAM等等，每一個星座的位置對應(yīng)的位數(shù)目是2，4，6。該方法的實現(xiàn)是一個星座圖，而星座圖則是數(shù)字變換。采用IFFT方法將調(diào)制序列轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的子路，從而改善了OFDM系統(tǒng)的帶寬利用率[8]。QPSK的另外一優(yōu)點是它是等能的，不會像其他調(diào)制方式一樣因為星座點之間的距離大小而給OFDM系統(tǒng)帶來很大的問題。然而它的弊端也很明顯，就是沒有QAM的效果好，尤其在Q值很高的情況下。當為各通道選定一種調(diào)制模式時，要考慮到傳輸數(shù)據(jù)速率是否快、頻譜利用是否高效還有傳輸是否可靠等因素，同時還要兼顧頻譜利用率與誤比特率的最優(yōu)均衡。QPSK每次調(diào)制就有2個比特信息被發(fā)送出去，這些信息位分四個相位（即π/4，3π/4，5π/4和7π/4）發(fā)送到介質(zhì)。該解調(diào)機通過對發(fā)射端點的星座和所收到的載波相位來判定發(fā)射端所發(fā)射的訊號。圖2-3QPSK的星座圖QAM調(diào)制是由振幅和相位兩種方式組成的。相位加振幅是指一個數(shù)值或數(shù)值的結(jié)合。QAM的優(yōu)勢在于其碼元速率較大，因而可以提高系統(tǒng)的效能。通常，所占用的帶寬取決于符號的速度。所以，而傳輸帶寬則是通訊效率的體現(xiàn)[9]。16QAM有16個調(diào)制狀態(tài)即在星座圖上有16個對應(yīng)的點。每個點包含4個比特信息。把它轉(zhuǎn)化成一個四比特的十進制數(shù)，從0000到1111，每一個數(shù)值都代表一個復(fù)面上的一個狀態(tài)。。圖2-416QAM的星座圖2.3信道模型信道是用來傳送訊息的一種物質(zhì)媒介。有線就像是一個無線電臺通訊的頻道。在目前的辦公本地網(wǎng)絡(luò)中，一臺PC機作為發(fā)射機，另一臺PC機作為接收機，網(wǎng)絡(luò)電纜作為信道起作用。對于移動通信（例如，移動電話），UE和基地臺可以是一個發(fā)送器和一個接收器，它們存在于大氣和其他障礙中。下面列出了幾種類型的無線信道通信：圖2-5不同場景的信道類型在無線電通道中，發(fā)送端和接收端的信號通道不是單一的。由于在通道中有障礙，使得在傳播期間可能產(chǎn)生反射、繞射和散射等一些情況，從而形成多條通路，因此，所收到的訊號是由多條通路上的訊號重疊而成。如圖2-6不同的路徑有不同的長度，在復(fù)雜的接收信號的多通道模擬。誤差發(fā)生在接收信號和原始信號的小信號。在多通道仿真中，多路徑時延和多普勒頻移的主要參數(shù)是需要考慮的。如圖2-6，因為不同的傳輸途徑，延時的差別。這是影響通信系統(tǒng)的可靠性的一個重要原因，導(dǎo)致錯誤的數(shù)據(jù)傳輸[10]。圖2-6多徑信道傳輸?shù)哪M2.4OFDM的優(yōu)缺點2.4.1優(yōu)點①頻譜的利用效率高。OFDM系統(tǒng)中，有線信道的載頻相關(guān)既能降低媒體間的干擾，又能有效地提高頻譜利用率，對頻譜資源少的無線通信具有重大意義。如果子載波數(shù)量足夠大，那么系統(tǒng)的頻帶利用率接近2baudhz理論值。②抗多路復(fù)用干擾和選擇性頻率衰落的能力較強。在實際通信中，多路復(fù)用的存在可能導(dǎo)致通信信道選擇性頻率的降低。在OFDM系統(tǒng)中，只有在帶寬內(nèi)的基底載波才會受到影響，而其他基底載波在傳輸時仍然更有效，因此，系統(tǒng)的總誤差率不會急劇下降。而副載波的組合編碼則為OFDM系統(tǒng)提供了很高的穩(wěn)定性。③系統(tǒng)實現(xiàn)難度低。在發(fā)射部分，利用傅立葉逆向轉(zhuǎn)換IFFT技術(shù)將頻率域內(nèi)的調(diào)制信號轉(zhuǎn)換成時間域波。在接收部分，利用FFT技術(shù)將所收到的時域數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成頻率域，再經(jīng)過判別和解調(diào)，以獲得頻率域內(nèi)的傅立葉調(diào)制。FFT技術(shù)極大地減少了OFDM技術(shù)的難度，而近幾年，DSP技術(shù)的突飛猛進，使其運算速度得到了極大的提升，F(xiàn)FT的應(yīng)用也隨之加快。④具有高抗衰落能力的組合子載波編碼。在多路徑傳播過程中，如果出現(xiàn)了頻率選擇性衰減，則僅會對落入帶隙的子載波及其所承載的信息產(chǎn)生干擾，對其它子載波無損傷。這樣，整個體系的誤碼率就會大大提高。結(jié)合不同的子載波碼進行編碼，可以有效地抵抗信道的衰減。OFDM技術(shù)自身就具備了信道的分集性。當衰減不是很大的時候，可以不增加時間域均衡。通過對每一個信道進行代碼，可以使系統(tǒng)的性能得到更大的改善。2.4.2缺點①對頻率偏差和相位噪聲敏感。因為子通道的頻譜重疊，OFDM碼元必須具有嚴格的正交特性。在發(fā)射過程中，由于無線電通道的時間改變，或因發(fā)射和接收振蕩的頻率偏離，使各分載波間的正交性受到干擾，致使ICI和系統(tǒng)的效能下降。②高峰均功率比導(dǎo)致發(fā)射放大器功耗低。從時域的角度來看，OFDM調(diào)制中，由于其對各子載波的增益作用是全部的子載波數(shù)的累加，在最糟糕的情形下，其直接的能量要遠高于平均的能量，從而產(chǎn)生更高的PAR(Peak-to-Average

Ratio)。這大大降低了OFDM中的數(shù)據(jù)傳送，并且大大降低了OFDM的應(yīng)用。③自適應(yīng)調(diào)制技術(shù)使其復(fù)雜度極高?；谕ǖ捞匦缘淖赃m應(yīng)算法對發(fā)送端的傳輸參數(shù)進行自適應(yīng)調(diào)節(jié)，可以實現(xiàn)增加系統(tǒng)的能力和改進的傳送能力。在OFDM中，由于采用了自適應(yīng)調(diào)制和位裝載等技術(shù)，使得發(fā)送端和接收端的工作復(fù)雜化。當終端的運動速率過大時，通道的改變會很迅速，更新的次數(shù)也會隨之增大。結(jié)果是，更難以自適應(yīng)調(diào)制，系統(tǒng)的效率變差。2.5本章小結(jié)本章主要闡述了OFDM的基本原理。包括分析系統(tǒng)的原理框圖，一些公式，以及子載波的正交頻譜圖等有助于對正交頻分復(fù)用的理解，串并轉(zhuǎn)換的目的，還介紹了信道模型，最后還介紹了正交頻分復(fù)用的優(yōu)缺點。

3OFDM關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用3.1保護間隔與循環(huán)前綴OFDM技術(shù)具有抗多路徑時延的顯著特征。由于把一組數(shù)據(jù)的信息變換到N條平行通道中，使各調(diào)制子載波的信息碼元長度延長至N個原來的信息碼元時段的N次，從而使擴充時延與碼元循環(huán)的關(guān)聯(lián)度降低N次。盡量減少碼元之間的相互影響，也可以在各OFDM碼元間加入一個保護區(qū)間（保護間隔），這個保護區(qū)間的時間范圍通常比無線電通道的最大延遲延伸更大，以便使一個碼元的多路徑成分不會影響下一個碼元。在此期間，沒有信號被插入，這就是一段自由的發(fā)送周期。但在此情形下，由于多路徑傳輸?shù)淖饔?，造成了信道間的相互干涉（ICI)，也就是子載波間的正交度被打破，并且存在著各種子載波間的相互干涉。如下圖：圖3-1空閑保護間隔引起ICI因為全部的OFDM碼元包含在OFDM碼元中，并且OFDM碼元的延遲信號也會同時存在，故如圖3-1所示，在進行FFT解調(diào)期間，前（第一子載波）后（第二子載波）子載波的遲延周期數(shù)之差不是整數(shù)，因此，當接收端試圖進行解調(diào)時，前一個子載波將被后續(xù)的子載波所干擾。同樣，在解調(diào)子載波時，它也會收到其他子載波所干擾。OFDM符號必須用周期前綴填充它的保護區(qū)，以避免因多路徑引起的ICI，如圖3-2所示。從而確保OFDM碼延時復(fù)用中所含的波形的循環(huán)數(shù)目在FFT循環(huán)中均為整數(shù)。用這種方法，延遲比防護時間Ts更短的延遲信號在解調(diào)期間不會出現(xiàn)ICI。圖3-2OFDM符號的循環(huán)前綴一般來說，如果只有20%的保護時間，其功耗也會小于1dB，但會造成20%的信息量損耗，這比常規(guī)單一載波的傳輸速度（頻寬）降低了20%。但在ISI和多路徑中，插入的保護時間可以避免ICl的干擾，所以這種付出很劃算。在增加了防護時間后，根據(jù)FFT（IDFT）技術(shù)的OFDM體系結(jié)構(gòu)方框圖如圖3-3。圖3-3加入循環(huán)前綴并用IFFT調(diào)制OFDM上面的圖片說明了使用IFFT調(diào)制OFDM，添加循環(huán)前綴的過程。在輸入串行數(shù)據(jù)信號時，首先是串行/并行轉(zhuǎn)換，再經(jīng)串/并變換之后，所輸出的數(shù)據(jù)為對應(yīng)的子載波碼元。相應(yīng)的數(shù)據(jù)可以看作是頻率數(shù)據(jù)集。但是在本次仿真中在進行串并變換之前，首先對子載波進行調(diào)制。IFFT處理后，得到一系列并行數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)都是在一個離散時刻，因此IFFT可以在頻域和時域之間進行轉(zhuǎn)換。OFDM符號一般都要用循環(huán)前綴信號在它們的保護區(qū)之間進行，以避免由于多路的影響而造成的子載波受擾，在OFDM延遲多路傳輸中，要確保子載波的波形周期數(shù)是整數(shù)，因此要添加周期性循環(huán)前綴[11]。在解調(diào)時，若信號的傳輸保護延遲時間過短，將導(dǎo)致子載波間的干擾，反之，不會發(fā)生干擾。結(jié)合本次仿真對OFDM系統(tǒng)加入循環(huán)前綴做分析，第四章將會介紹到本次仿真的參數(shù)設(shè)定由來，這里就不再敘述。本次仿真加入CP的方法是在OFDM碼元之前插入OFDM碼元的末尾。以QPSK為例進行驗證，由4.2節(jié)知，本次仿真循環(huán)前綴長度Ncp設(shè)置為44，系統(tǒng)的采樣率Fs是18.75MHZ，循環(huán)前綴的持續(xù)時間用式3-1計算：(3-1)即采用QPSK調(diào)制的循環(huán)前綴的持續(xù)時間是44/18.75MHZ=2346ns，課題的要求時延擴展是200ns，2346ns大于200ns，滿足循環(huán)前綴比延遲延長更多，可以消除多徑時延帶來的干擾，如圖3-4所示。由該圖可知，在信號與噪聲比一致的情況下，加入循環(huán)前綴的OFDM系統(tǒng)的誤碼率要小于無循環(huán)前綴的誤碼率，且有循環(huán)前綴的誤碼率曲線始終低于無循環(huán)前綴的誤碼率曲線，這就表示加入了循環(huán)前綴的OFDM系統(tǒng)性能更好，又由圖3-5證明了不僅要加入循環(huán)前綴，同時循環(huán)前綴要大于最大時延才能去除碼間串擾，減小誤碼率。圖3-4OFDM系統(tǒng)誤碼率曲線圖（QPSK），CP大于時延擴展計算循環(huán)持續(xù)時間小于時延擴展，已知時延擴展Tdelay是200ns，系統(tǒng)的采樣率Fs是18.75MHZ，計算遲延的采樣點用下面的式子計算：(3-2)即200ns*18.75MHZ=3.75，循環(huán)前綴比時延擴展小，循環(huán)前綴的長度為3.75，需要注意循環(huán)前綴的長度要保證是整數(shù)，保證包含在OFDM符號的延時復(fù)制中的波形周期數(shù)量為整數(shù)，將循環(huán)的前置詞的長度設(shè)為1，將數(shù)值代入式3-1中，得循環(huán)前綴的持續(xù)時間53.33ns，小于時延擴展200ns，仿真結(jié)果如下，圖3-5。從圖3-4和圖3-5中可以看出，無論循環(huán)前綴的大小是多少，有循環(huán)前綴的誤碼率曲線始終低于沒有循環(huán)前綴的誤碼率曲線，通過比較兩條都帶有循環(huán)前綴但長短不同的誤碼率曲線，可以看出循環(huán)前綴大于時延的誤碼率在同樣的信噪比下具有更小的誤碼率，可知系統(tǒng)的性能更好，為了克服多路徑導(dǎo)致的載波間干擾，必須確保循環(huán)前綴的持續(xù)時間比延遲長。圖3-5OFDM系統(tǒng)誤碼率曲線圖(QPSK)，CP小于時延擴展3.2信道均衡在正交頻分復(fù)用（OFDM）系統(tǒng)中，多路徑信道具有多種不同的頻譜特性，導(dǎo)致了許多的多普勒信號和頻偏信號。要獲得大量的衰減信道，它的精確估算是必需的。在接收機上進行的是利用均衡器對衰落的影響進行補償。從各種觀點來看，均衡有很多種方式，比如：從時間上，頻率上；從線性角度和非線性角度進行識別?；诰馄鞯臉?gòu)造，對線性均衡和非線性均衡進行了評估。兩種不同的補償方式均有其利弊。比如，線性補償方法簡單，容易理解，不需要噪音防護。頻率域的均衡是由頻率域的反應(yīng)引起的，而時間域的均衡則是由時間域上的脈沖反應(yīng)引起的。頻域均衡適合于在不同的頻道狀況下不改變的情況下對較小的速率的訊號進行均衡器，從而保證OFDM系統(tǒng)在不失真的情況下可以平穩(wěn)地傳送訊號。為了確保符號的平滑傳遞和消除碼之間的干擾，可以通過時域均衡來調(diào)節(jié)信道的狀態(tài)。利用響應(yīng)函數(shù)的時域均衡器，可以得到因干擾而引起的畸變信號波的對應(yīng)補償，在取樣判定時刻中消除碼元間的串擾也是十分有效的，在數(shù)字通訊中得到了廣泛的應(yīng)用。本文中采用的是頻域均衡技術(shù)，仿真多路徑信道時，產(chǎn)生的沖激響應(yīng)信號具有不同的長度和多路徑延遲，對沖激響應(yīng)信號進行FFT變換得到頻域，因為所引起的沖擊響應(yīng)是在原來的通道中不存在的，會對經(jīng)過多徑信道的星座圖帶來影響，只有將它剔除，以減輕由于多徑延遲引起的碼間串擾問題，故在OFDM解調(diào)之后除以已做FFT變換的沖激響應(yīng)信號，通過對頻域進行均衡化，使得通過多路徑通道的星座不受多徑延遲的影響。圖3-6是均衡后的星座圖（16QAM），不會被信道影響而導(dǎo)致星座圖畸形變化，改進了星座圖的品質(zhì)，大部分集中在一個判決范圍內(nèi)。在前一部分中，引入保護間隔的插入，以確保每個子載波是正交的，即每個信道彼此獨立，從而消除符號之間的干擾。如果將循環(huán)前綴長度插入保護區(qū)間大于多路復(fù)用延遲時間的最大值，接收機均衡器可以有效地解調(diào)環(huán)路前綴下的傳送信號，除去信道的影響，進一步排除字符間的干擾。由于保護區(qū)間的插入會影響信號傳輸效率，因此必須根據(jù)系統(tǒng)的需要選擇合適的保護區(qū)間和OFDM符號長度[3]。圖3-6做均衡的星座圖（16QAM）3.3星座映射OFDM是一種以載波正交技術(shù)為基礎(chǔ)的OFDM技術(shù)，因此需要使用相位偏移鍵控（PSK）和正交振幅（QAM）。OFDM系統(tǒng)通常是通過更高的星座圖來實現(xiàn)對接收到的數(shù)據(jù)進行傳輸，再進行整個的基頻調(diào)制。MQAM（矩形星座），它的基本單位是M，其主要思想是將M個有限信息轉(zhuǎn)換為二維復(fù)平面的信號，從而構(gòu)成相應(yīng)的M個點。本論文中采用QPSK、16QAM調(diào)制[12]。QPSK的調(diào)制階數(shù)是4，也就是M=4，在星座圖上有四個對應(yīng)的點，產(chǎn)生N*Nsyb行的0到M-1個一維隨機數(shù)據(jù)，即產(chǎn)生N*Nsyb個0、1、2、3的隨機均勻分布的數(shù)據(jù)，0、1、2、3分別對應(yīng)著QPSK碼表中四個點的位置，載波調(diào)制之后進行串并變換將信息發(fā)送出去。QPSK的解調(diào)是將經(jīng)過信道均衡后星座點減去碼表中四個點的距離，看哪個距離更近就判決為哪個星座點，最后解調(diào)恢復(fù)成二進制序列。16QAM亦類似。%%產(chǎn)生信源a=randi([0M-1],1,N*Nsyb);%%QPSK調(diào)制tab=[1+1j1-1j-1+1j-1-1j]/sqrt(2);%調(diào)制符號對應(yīng)表b=tab(a+1);在星座圖中，點對原點的間距與兩點之間的能量相匹配。與原點越是相近，信號能量就愈小。這兩個鄰近的星座之間的間距稱為歐幾里得，這種方法的特點是：點對點的間距愈大，則抑制系統(tǒng)的干擾效果愈好。星座點代表著不同的調(diào)制條件。舉例來說，在一個簡單PSK中，有兩個判據(jù)，它的相位差是π，而這兩個點是正半軸和負半軸。星座圖顯示，各點越近，誤判的概率會增加。3.4本章小結(jié)本章介紹了保護間隔與循環(huán)前綴，在本次課題仿真中使用循環(huán)前綴，同時分析了循環(huán)前綴大小以及有無的對比，以子載波為QPSK為例進行了matlab軟件仿真，分析了當循環(huán)前綴大于時延擴展時參數(shù)的計算和仿真結(jié)果以及循環(huán)前綴小于時延擴展時參數(shù)的計算和仿真結(jié)果，并得出了結(jié)論。在信道均衡技術(shù)小節(jié)中，線性、非線性、時域、頻域均衡進行簡單區(qū)分，在仿真中采用頻域均衡，信道均衡后星座映射中星座圖對應(yīng)點收斂在判決區(qū)域，點與點之間的距離成為歐式距離，歐式距離與抗噪聲性能有關(guān)。

4OFDM仿真過程及結(jié)果分析4.1仿真軟件本次仿真在MATLAB軟件上進行編程，MATLAB是MathWorks公司在美國制造的一種商用的數(shù)學(xué)計算程序。它被用于數(shù)據(jù)分析、無線通信、圖像處理與計算機視覺、信號處理等領(lǐng)域。本次仿真軟件版本是MATLABR2014b，給MATLAB繪圖帶來了新的方法。與上一個版本不同的默認顏色、字體和樣式對解釋數(shù)據(jù)很有用處。MATLAB的優(yōu)勢：具有高效率的數(shù)字計算和符號運算能力，可免去使用者對復(fù)雜的數(shù)學(xué)操作；具備完整的繪圖處理能力，使運算和程序可視化；

具有方便學(xué)者學(xué)習(xí)和掌握的用戶接口；強大的軟件工具箱為使用者帶來了許多便利和實際的操作。4.2仿真參數(shù)由課題參數(shù)要求知：傳輸速率25Mbit/s、時延擴展200ns、帶寬小于18MHZ；根據(jù)已知的參數(shù)，先確定子載波數(shù)，由于子載波是傳輸信息的，所以O(shè)FDM符號時長會因為子載波數(shù)的變化而變化。由于OFDM是一種多載波調(diào)制，所以可以先設(shè)置子載波總個數(shù)Nfft為256，然而，僅有200個子載波發(fā)送（N=200)，其余的子載波用作通道之間的保護子載波。課題規(guī)定子載波的調(diào)制方式為QPSK、16QAM，由2.2節(jié)調(diào)制方式知，QPSK承載2位信息，16QAM承載4個位信息，又已知比特傳輸速率是25Mbit/s，子載波數(shù)也已經(jīng)確定，可以根據(jù)公式求出一個OFDM符號時長，即：（4-1）其中Rb是傳輸速率，N是有效子載波數(shù)，M為調(diào)制的階數(shù)（QPSK調(diào)制階數(shù)是4，16QAM調(diào)制的階數(shù)是16），將已知數(shù)據(jù)代入公式4-1得16μs（QPSK）或32μs（16QAM）。經(jīng)查資料知，每個OFDM符號的循環(huán)前綴長度與總子載波數(shù)之間的關(guān)系是1/6~1/4，因此經(jīng)過計算可以將循環(huán)前綴的長度設(shè)置為44，在本課題中用循環(huán)前綴當做系統(tǒng)的保護間隔，一個完整的符號長度或者是一個包括CP的符號采樣點（NsamPerSyb）是300。可以根據(jù)公式求出系統(tǒng)的采樣時間，即：（4-2）其中Tsyb是一個OFDM符號時長，NsamPerSyb是一個OFDM符號的采樣點數(shù)，代入數(shù)據(jù)得0.053μs（QPSK）或0.106μs（16QAM）系統(tǒng)采樣率是系統(tǒng)采樣時間的倒數(shù)，即：（4-3）得18.75MHZ（調(diào)制子載波的方式為QPSK）或9.375MHZ（調(diào)制子載波的方式為16QAM）。將系統(tǒng)采樣率，總子載波數(shù)和有效子載波數(shù)代入下面的式子,可以求出信號的帶寬。(4-4)代入數(shù)據(jù)此時的信號帶寬得14.648MHZ（QPSK）或7.324MHZ（16QAM），在程序中采用朝正無窮大的方法取整數(shù)，則用QPSK調(diào)制的有效子載波的系統(tǒng)帶寬是15MHZ，用16QAM調(diào)制的有效子載波的系統(tǒng)帶寬是8MHZ，滿足課題的要求帶寬小于18MHZ。文中3.1節(jié)介紹到了保護間隔，在現(xiàn)實中通常用到的是循環(huán)前綴，在本論文中，也是采用循環(huán)前綴，循環(huán)前綴是為了避免因多路徑傳輸而產(chǎn)生的ICI和ISI，其先決條件是循環(huán)前綴必須比多路徑時延更大，以避免一種碼元的多路徑成分對下一種碼元產(chǎn)生影響，系統(tǒng)的傳輸性能就會更好。課題要求時延擴展是200ns，前面介紹到循環(huán)前綴的長度（采樣點）為44，而采樣率Fs在式4-3中已經(jīng)計算出結(jié)果，將循環(huán)前綴長度和采樣率代入式3-1（）中，則循環(huán)前綴的持續(xù)時間約為2346ns（QPSK）或4693ns（16QAM），都大于課題要求的時延擴展200ns，滿足了循環(huán)前綴大于最大時延擴展，保證了加入循環(huán)前綴的意義所在。4.3仿真過程及結(jié)果分析4.3.1信源的產(chǎn)生信源的產(chǎn)生，以QPSK調(diào)制子載波為例，利用randi函數(shù)產(chǎn)生一組分布均勻的0,1,2,3數(shù)據(jù)。a=randi([0M-1],1,N*Nsyb);QPSK的調(diào)制階數(shù)M是4，所以有N*Nsyb個均勻分布著0,1,2,3的一維矩陣。4.3.2QPSK/16QAM調(diào)制OFDM采用QPSK和16QAM兩種調(diào)制方式，采用查表的方法，以QPSK調(diào)制子載波為例，0,1,2,3四個數(shù)分別對應(yīng)著表中的四種狀態(tài)的點，輸入的數(shù)是什么就對應(yīng)著相對應(yīng)的點。tab=[1+1j1-1j-1+1j-1-1j]/sqrt(2);%調(diào)制符號對應(yīng)表b=tab(a+1);星座點的幅度進行歸一化，QPSK僅具有0101的數(shù)據(jù)，其標準化幅度為根號（1的平方+1的平方)是根號2。同理16QAM只有1，3，-1，-3數(shù)據(jù)，其歸一化幅值是根號10。將調(diào)制碼表映射成調(diào)制符號，可畫出QPSK以及16QAM的星座圖。圖4-1發(fā)射端的星座圖(QPSK)圖4-2發(fā)射端的星座圖(16QAM)4.3.3OFDM調(diào)制OFDM調(diào)制中包含串并轉(zhuǎn)換和IFFT，串并轉(zhuǎn)換就是把數(shù)據(jù)從高速串行變成低速并行，將子載波的數(shù)據(jù)放入N行Nsyb列的矩陣中，利用IFFT技術(shù)實現(xiàn)OFDM信號的調(diào)制，實現(xiàn)了頻率域向時間域的轉(zhuǎn)換。隨機取出4096個點做傅里葉變換，用頻率采樣點的公式做為OFDM的頻譜圖的橫軸，將零頻點移到頻譜的中間，畫出頻譜圖和時域圖。頻譜圖中間平緩的頻譜就是信號的有效帶寬寬度，也就是有效子載波所占用的帶寬，整個頻譜圖就是總的子載波所占用的帶寬，經(jīng)過信道后的頻譜受到了影響，頻譜起伏較大，信噪比越大頻譜越平緩。圖4-3OFDM頻譜圖(16QAM)圖4-4OFDM時域圖(16QAM)4.3.4加入CP在該系統(tǒng)中加入循環(huán)前綴，以防止子載波間的正交性和消除因多路徑延遲造成的碼間干擾，同時保證調(diào)制過程中OFDM符號時延波形周期為整數(shù)，添加循環(huán)前綴最重要的一點是必須大于最大時延擴展才能消除影響。本論文添加循環(huán)前綴的方式是在OFDM符號前面插入OFDM符號末尾部分。4.3.5多徑信道進行多徑信道的仿真，首先計算最大時延偏移的點數(shù)，已知時延擴展200ns，系統(tǒng)采樣率是18.75MHZ（QPSK），將數(shù)據(jù)代入式3-2（）中，可以算出最大時延偏移的點數(shù)約為3.75，采用朝正無窮大的方法取整數(shù)得4，可知當時延擴展是200ns時時延頻偏點數(shù)是4，同理，利用時延頻偏點數(shù)計算多徑離散時延0,100ns,200ns對應(yīng)0,2,4的頻偏點數(shù)，可以設(shè)置三條路徑，每條路徑的衰減就是e的負頻偏指數(shù)，并與它的時延相乘，因此三條路徑到達時間不一樣，最大時延還是200ns，同時還設(shè)置了一條合路。同理，子載波調(diào)制方式是16QAM的多徑信道也是這樣計算，最大時延偏移的點數(shù)是2，多徑離散時延0,100ns,200ns對應(yīng)0,1,2的頻偏點。圖4-5多徑信道仿真的I路（QPSK）圖4-6多徑信道仿真的Q路（QPSK）圖4-7多徑信道仿真的I路加CP（QPSK）圖4-8多徑信道仿真的Q路加CP（QPSK）4.3.6高斯噪聲在此基礎(chǔ)上引入高斯噪聲，生成了一定的雜訊，并將經(jīng)過的信號與噪音進行了疊加。在高斯噪聲的作用下，將信號進行串并轉(zhuǎn)換，單點變n點。4.3.7OFDM解調(diào)對OFDM系統(tǒng)進行解調(diào)與調(diào)制正好相反，需要去除循環(huán)前綴，調(diào)制用IFFT則解調(diào)就是FFT，時域變?yōu)轭l域，仿真出經(jīng)過信道后的時域圖和頻域圖，做信道均衡恢復(fù)信號，得到接收端的星座圖。圖4-9過信道后的時域圖（16QAM）圖4-10過信道后的頻域圖(16QAM)圖4-11接收端的星座圖(QPSK)子載波調(diào)制方式是16QAM的接收端星座圖如圖3-6。星座點離原點愈接近，表示信號的能量愈低。兩個鄰近的星座之間的間距稱為歐幾里得，在某種程度上，星座的調(diào)制具有抑制噪音的作用，可以通過增加歐式距離的大小來提高抗噪聲性能。在星座圖中，若各個點離得很遠，則表明誤判的可能性很小。4.3.8QPSK/16QAM解調(diào)星座點的解調(diào)用的是最大似然判決，用接收到的點減去載波碼表中的四個點，找到最接近其中一個點的值將其判定為那個點的值，最終解調(diào)得到二進制序列，最后進行并串轉(zhuǎn)換，統(tǒng)計誤碼個數(shù)進行誤碼率的分析。與QPSK相比，16QAM因為調(diào)制碼表有16個點，所以其傳輸?shù)男畔⒏?，傳輸速率更快，占用的帶寬更少，因?6QAM有16個點，當相位進行旋轉(zhuǎn)可能會影響判決所以其對抗噪聲的能力更差。4.3.9誤碼率曲線圖本次仿真循環(huán)前綴長度Ncp設(shè)置為44，系統(tǒng)的采樣率Fs是9.375MHZ，將數(shù)據(jù)代入公式3-1（）中，即循環(huán)前綴（QPSK）的持續(xù)時間是44/9.375MHZ=4693ns，課題的要求時延擴展是200ns，滿足循環(huán)前綴大于時延擴展。已知時延擴展是200ns，系統(tǒng)的采樣率是9.375MHZ，將數(shù)據(jù)代入公式3-2（）中，即時延采樣點是200ns*9.375MHZ=1.875，當循環(huán)前綴的長度要比1.875小時，循環(huán)前綴就比時延擴展小，注意循環(huán)前綴的長度不能是小數(shù)，確保其為整數(shù)，由于OFDM碼元的延遲波形是一個整型，所以在循環(huán)前綴的長度可以是1，循環(huán)前綴的持續(xù)時間為1/9.375MHZ=106ns，小于時延擴展200ns。圖4-12OFDM系統(tǒng)誤碼率曲線圖（16QAM），CP大于時延擴展圖4-13OFDM系統(tǒng)誤碼率曲線圖（16QAM），CP小于時延擴展誤碼率曲線圖（QPSK）如圖3-4和圖3-5，從誤碼率的曲線圖可以看出在相同的信噪比下有循環(huán)前綴的OFDM誤碼率更低，說明系統(tǒng)性能更好，在確保循環(huán)前綴為整數(shù)且大于時延擴展、波形周期數(shù)為整數(shù)的情況下，可以有效地克服多徑導(dǎo)致的載波之間的相互影響。由圖4-9和圖4-10可以看出，當循環(huán)前綴小于時延擴展時率碼率變大了，雖然有循環(huán)前綴的系統(tǒng)性能還是比沒有循環(huán)前綴的系統(tǒng)性能好，但是不能夠保證可以完全消除多徑引起的ICI。與圖3-4和圖3-5的分析得出相同的結(jié)論。當然并不是循環(huán)前綴越長越好，循環(huán)前綴越長所需要的帶寬就越大，在一定條件下要選擇適當?shù)难h(huán)前綴長度，可以邊仿真邊記錄合適的循環(huán)前綴長度。4.4本章小結(jié)本章首先介紹了仿真軟件MATLAB的應(yīng)用領(lǐng)域以及軟件的優(yōu)勢，還分析了仿真程序中參數(shù)的設(shè)定緣由，詳細的介紹了參數(shù)的計算過程及結(jié)果，接著還分析了仿真中的每一步過程，運用的方法以及作用，同時還對比了QPSK和16QAM這兩種調(diào)制方式，分別給出了它們對應(yīng)的星座圖，分析時域圖、頻譜圖，多徑信道的仿真，可以從頻譜圖看出信號的帶寬，還有接收端的星座圖，根據(jù)發(fā)射端星座圖距離進行判決，最終解調(diào)的二進制序列，通過對OFDM系統(tǒng)的誤碼率曲線進行了分析，結(jié)果表明，采用循環(huán)前綴的OFDM系統(tǒng)具有較好的性能。

5總結(jié)正交頻分復(fù)用（OFDM）技術(shù)是一種能有效地使用多個載波并發(fā)、低成本的技術(shù)，這種方法的基本思想是傳輸一組數(shù)據(jù)從高速串行變到N個較慢的并行進行，然后又進行不同載波的調(diào)制。由于采用了并行傳送系統(tǒng)，使碼元的脈寬大為增加，同時對多路徑信道的抑制能力也有所改善。多徑傳播不但會對各子載波的正交性能產(chǎn)生一定的影響，同時也會對各子載波上前后的發(fā)射碼元產(chǎn)生一定的干擾，導(dǎo)致傳輸?shù)男畔⒎喜粶蚀_。為了克服此問題，在OFDM發(fā)射信號之前，插入OFDM信號的周期性擴頻所產(chǎn)生的保護區(qū)間。保證了最大的多路徑延遲，保證了子載波間的正交性。OFDM中，由于可以根據(jù)需要調(diào)整不同的調(diào)制方式，使得各子載波的調(diào)制方式和發(fā)射位的數(shù)目都會發(fā)生改變，因而在進行串行和并行變換時，將各子載波的長度劃分為不同的子載波。在接收