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MATLAB/Simulink通信系统建模与仿真实例精讲(含光盘1张)
第13章 OFDM通信系统仿真设计
? 13.1.1 正交调制解调 ? 13.1.3 OFDM的优点 ? 13.1.2 系统组成 ? 13.1.4 OFDM的缺点
? 13.1.5 OFDM的关键技术 ?? 13.2.2 降低PAPR的常用方法
?? 13.2.3 基于改进脉冲成形技术的PAPR抑.. ?? 13.2.3 基于改进脉冲成形技术的PAPR抑.. ?? 13.3.2 同步偏差对OFDM信号的影响 ?? 13.3.4 OFDM系统的同步设计（1） ?? 13.3.4 OFDM系统的同步设计（3） ?? 13.4.1 通信系统的信道编码（1） ?? 13.4.2 卷积码原理及设计（1） ?? 13.4.2 卷积码原理及设计（3） ?? 13.4.2 卷积码原理及设计（5） ?? 13.4.3 交织原理及设计 ?? 13.5.1 发射机设计（2） ?? 13.5.3 系统仿真参数
?? 13.6 OFDM通信系统仿真程序（1） ?? 13.6 OFDM通信系统仿真程序（3） ?? 13.6 OFDM通信系统仿真程序（5） ?? 13.6 OFDM通信系统仿真程序（7） ?? 13.7 本章小结
信号的PAPR及其分布 基于改进脉冲成形技术的PAPR..
基于改进脉冲成形技术的PAPR抑.. 系统中的同步问题 同步算法概述 系统的同步设计（2） 系统的同步设计（4） 通信系统的信道编码（2） 卷积码原理及设计（2）
卷积码原理及设计（4） 卷积码原理及设计（6） 发射机设计（1） 接收机设计 系统性能仿真
通信系统仿真程序（2） 通信系统仿真程序（4） 通信系统仿真程序（6） 通信系统仿真程序（8）
13.2.1 OFDM 13.2.3 13.2.3 13.3.1 OFDM 13.3.3 OFDM 13.3.4 OFDM 13.3.4 OFDM 13.4.1 13.4.2 13.4.2 13.4.2 13.5.1 13.5.2 13.5.4 13.6 OFDM 13.6 OFDM 13.6 OFDM 13.6 OFDM最新精品文档，知识共享！
第13章 OFDM通信系统仿真设计 OFDM的全称为Orthogonal Frequency Division Multiplexing，意为正交频分复用。OFDM的思想可以追溯到20世纪60年代，当时人们对多载波调制做了许多理论上的工作，论证了在存在符号间干扰的带限信道上采用多载波调制可以优化系统的传输性能；1970年1月，有关OFDM的专利被首次公开发表；1971年，Weinstein和Ebert在IEEE杂志上发表了用离散傅里叶变换实现多载波调制的方法；20世纪80年代，人们对多载波调制在高速调制解调器、数字移动通信等领域中的应用进行了较为深入的研究，但是由于当时技术条件的限制，多载波调制没有得到广泛的应用；进入20世纪90年代，由于数字信号处理技术和大规模集成电路技术的进步，OFDM技术在高速数据传输领域受到了人们的广泛关注。现在OFDM已经在欧洲的数字音视频广播（如DAB和DVB）、欧洲和北美的高速无线局域网系统（如HIPERLAN2、IEEE 802.11a）、高比特率数字用户线（如ADSL、VDSL）以及电力线载波通信（PLC）中得到了广泛的应用。 OFDM通信技术是多载波传输技术的典型代表。多载波传输把数据流分解为若干个独立的子比特流，每个子数据流将具有低得多的比特速率，用这样低比特率形成的低速率多状态符号去调制相应的子载波，就构成了多个低速率符号并行发送的传输系统。OFDM是多载波传输方案的实现方式之一，利用快速傅里叶逆变换（IFFT，Inverse Fast Fourier Transform）和快速傅里叶变换（FFT，Fast Fourier Transform）来分别实现调制和解调，是实现复杂度最低、应用最广的一种多载波传输方案。 13.1 OFDM系统的基本原理 13.1.1 正交调制解调 OFDM是一种多载波调制技术，其原理是用N个子载波把整个信道分割成N个子信道，即将频率上等间隔的N个子载波信号调制并相加后同时发送，实现N个子信道并行传输信息。这样每个符号的频谱只占用信道带宽的1/N，且使各子载波在OFDM符号周期T内保持频谱的正交性。 如图13-1（a）所示为一个OFDM符号内包含5个子载波的实例。其中，所有的子载波都具有相同的幅值和相位，但在实际应用中，经过数字基带调制后，每个子载波不可能都有相同的幅值和相位。从图13-1（a）中可以看出，每个子载波在一个OFDM符号周期内都包含整数倍个周期，而且各个相邻的子载波之间相差1个周期。这一特性可以用来解释子载波间的正交性，即满足： 最新精品文档，知识共享！
这种正交性还可以从频域角度来解释，图13-1（b）给出了互相覆盖的各个子信道内经过矩形波成形得到的符号sinc函数频谱。每个子载波频率最大值处，所有其他子信道的频谱值恰好为零。因为在对OFDM符号进行解调的过程中，需要计算这些点上所对应的每个子载波频率的最大值，所以可以从多个互相重叠的子信道符号中提取每一个子信道符号，而不会受到其他子信道的干扰。从图13-1（b）中可以看出，OFDM符号频谱实际上可以满足奈奎斯特准则，即多个子信道频谱之间不存在互相干扰。因此这种一个子信道频谱出现最大值而其他子信道频谱为零的特点可以避免载波间干扰（ICI）的出现。 图13-1 （a）OFDM子载波时域图（b）OFDM子载波频域图 在发送端，串行码元序列经过数字基带调制、串并转换，将整个信道分成N个子信道。N个子信道码元分别调制在N个子载波频率邻频率相差1/N，则。 ， 上，设 ，角频率为 为最低频率，相 ，待发送的OFDM信号 为： 接收端对接收到的信号进行如下解调：
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由于OFDM符号周期 内各子载波是正交的，正交关系如式13-1所示。所以，当时，调制载波 与解调载波 为同频载波，满足相干解调的条件， ，恢复了原始信号；当 时，接收到的不同载波之间互不干扰，无法解调出信号。这样就在接收端完成了信号的提取，实现了信号的传输。 在式13-2中，设 若1个内点。设 ， 以采样频率 ，则 （其中 ）被采样，则可得 个采样
式13-5正是序列
的
点离散傅里叶反变换（IDFT）的结果，
这表明IDFT运算可完成OFDM基带调制过程。而其解调过程可通过离散傅里叶变换（DFT）实现。因此，OFDM系统的调制和解调过程等效于IDFT和DFT。在实际应用中，一般用IFFT/FFT来代替IDFT/DFT，这是因为IFFT/FFT变换与IDFT/DFT变换的作用相同，并且有更高的计算效率，适用于所有的应用系统。
13.1.2 系统组成
OFDM系统组成框图如图13-2所示。其中，上半部分对应于发射机链路，下半部分对应于接收机链路，整个系统包含信道编/解码、数字调制/解调、IFFT/FFT、加/去保护间隔和数字上/下变频。
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输入比特序列完成信道编码后，根据采用的调制方式，完成相应的调制映射，形成调制信息序列
，对
进行IFFT，将数据的频谱表达式变换到时域上，得到OFDM
已调信号的时域抽样序列，加上保护间隔（通常采用添加循环前缀的方式），再进行数字变频，得到OFDM已调信号的频带时域波形。接收端先对接收信号进行数字下变频，去掉保护间隔，得到OFDM已调信号的抽样序列，对该抽样序列做FFT即得到原调制信息序列
。 1．信道编码
为了提高数字通信系统的性能，信道编码（通常还伴有交织）是普遍采用的方法。在OFDM系统中，如果信道衰落不是太严重，均衡是无法再利用信道的分集特性来改善系统性能的，因为OFDM系统自身具有利用信道分集特性的能力，一般的信道特性信息已经被OFDM这种调制方式本身所利用了。但是，OFDM系统的结构却为在子载波间进行编码提供了机会，形成COFDM（前置编码OFDM）方式。编码可以采用各种码，如分组码、卷积码等，其中卷积码的效果要比分组码好，但分组码的编解码实现更为简单。
2．子载波调制
传输信号进行信道编码后，要进行子载波的数字调制将其转换成载波幅度和相位的映射，一般采用QAM或MPSK方式。各子载波不必要采用相同的状态数（进制数），甚至不必要采用相同的调制方式。这使得OFDM支持的传输速率可以在一个较大的范围内变化，
OFDM通信系统仿真设计
