OFDM技术Simulink仿真精要.docx

实验报告一．实验目的：深刻理解正交频分复用技术的原理，通过simulink对OFDM技术调制和解调过程仿真，进一步理解正交频分复用技术的原理。二．实验器材：电脑一台，MATLAB 2013a及以上版本三．实验原理：OFDM技术的基本原理：OFDM 的基本原理就是把串行的数据流分解成若干个数据速率低得多的并行子数据流，每个子数据流再去调制相应各个正交的子载波，最后把各个子载波上的信号叠加合成一起输出。OFDM 系统的基本原理如图1 所示： 图1 OFDM系统基本原理模型从上图可以看出：OFDM 的发送端的基本原理就是把输入数据经过串并变换成 N 路子信道数据，然后分别调制相应各个正交的子载波后叠加合成一起输出。而在接收端则用各个子载波分别混频和积分得到各路数据，经过并串变换便输出原始数据。从上面对 OFDM 基本原理的论述可以看出：其实现的根本思想是通过串并变换把串行的高速数据流变成并行的低速数据流，实现的关键点是保证各个子载波之间的正交性。串并变换是很容易实现的，而正交性是如何实现的呢？下面先看看 OFDM 信号的表达式。一个OFDM符号之内包括多个经过调制的子载波的合成信号，其中每个子载波信号都可以进行相移键控（PSK）或者正交幅度调制（QAM）。如果N表示子信道的个数，T表示一个OFDM符号的时间宽度，为每个子信道的数据符号，是第0个子载波的载波频率，则开始的一个已经调制的OFDM符号可表示为： (1)其中实部和虚部分别对应于OFDM符号的同相和正交分量，在实际中可以分别与相应的子载波的cos 分量和sin分量相乘，再叠加成OFDM信号。 (2)从式（2-1）和试（2-2）都可以看出，OFDM信号相邻子载波的间隔的码元速率1/T，这样就有：（3）式（3）说明了只要使各个子载波之间的间隔为1/T就保证了各个子载波之间的正交性。正是这种正交性使频谱互相重叠的各个子载波信号能够被正确的分离出来。比如要解调第j个子载波，根据图1及式（3）有：（4）这种正交性在时域的表现在一个OFDM符号周期内包含数倍个周期，而且各个相邻子载波之间相差一个周期，如图2所示：图2 OFDM信号正交性的时域表现这种正交性也可以从频域得到更直观的体现。因为每个OFDM符号包含了多个非零的子载波，因此其频谱可以看作是周期为T的矩形脉冲的频谱与各个子载波的脉冲响应函数的卷积，图3显示了OFDM信号频谱中各个子信道频谱的情况，其中每个子信道的频谱为sinc函数，它在中心频率处有最大值，在1/T的整数倍频率上的值为零，在解调时，需要计算各个子载波频谱的最大值，只要保证各个子载波的频率没有偏移，就可以准确的解调出每个子信道上的数据而不受其他子信道的影响。图3从各个子信道频谱看OFDM信号的频谱在OFDM信号频谱中，由于各个子信道频谱相互重叠，OFDM信号的带宽是进行一般频分复用带宽的一半，即频谱利用率提高了一倍。只就是OFDM带来的最大好处之一。2. OFDM的IFFT/FFT实现：在式（2）中，令，对信号是以T/N的速率进行采样，即令，可以得到：(5)可以看到可以看作对进行离散傅里叶变换IDFT运算。同样在接收端，为了恢复出原始的数据符号，对进行反变换，即进行离散傅里叶变换DFT得到：（6）根据以上的分析可以看出，OFDM系统的调制可以分别由IDFT/DFT完成。通过N点IDFT运算，把频域数据符号变成时域数据符号，经过射频载波调制之后，发送到无线信道中。其中，每一个IDFT输出的数据符号都是由所有通过子载波信号经过叠加而生成，即对连续的多个经过调制的子载波的叠加信号进行抽样得到的。这样通过DFT的方法来实现OFDM有很大的好处。它大大简化了调制解调器的设计，使用IDFT/DFT便可完成了多路子载波的调制和解调，而且IDFT/DFT早就有了成熟的快速算法IFFT/FFT，它可以方便的在DSP芯片中实现。使用IFFT/FFT的OFDM系统基本原理如图2-4所示。图4 OFDM基本原理的IFFT/FFT实现 OFDM的发送端的基本原理就是把输入数据经过串并变换成N路子信道数据，然后分别调制相应各个正交的子载波后叠加合成一起输出。其实现基本思想是通过串并的高速数据流变成并行的低速数据流，实现的关键点是保证各个子载波之间的正交性。四．实验记录及分析：OFDM 系统常用的调制方式有 QPSK，16QAM，64QAM 等。本次实验采用64QAM调制。图5是整个OFDM系统的仿真图。图5 OFDM系统仿真图导频产生模块：导频由 PN 序列发生器产生，经过单级→双极转换，产生只包含1 和-1 的伪随机序列。如图 6所示。图6导频产生模块 OFDM调制模块：数据流经过串并变换后，通过IFFT调制。如图7所示。图7 OFD M调制模块OF