基于Matlab的OFDM系统仿真

基于Matlab的OFDM系统仿真

实验名称：基于matlab的OFDM系统仿真 实验原理：

二进制信息映射s/px(n)导频x(k)插入保xk(n)IFFT护间隔插入P/S信道输出信息去映射P/S信道估计y(k)FFTy(n)去保护间隔yk(n)S/P+AWGN??n?图1 基带OFDM系统

实验目的：根据给定的参数完成OFDM信号的调制、传输和解调以及信道建模和信道估计。主要研究噪声和循环前缀的长度对系统误码率的影响。

实验内容：包括发送端、信道和接收端三个模块。1、发送模块进行的处理包括OFDM信号的产生、加入循环前缀、插入训练序列和加扰等部分；2、信道模块对发射端产生的信号施加多径、频偏、相偏等影响；3、接收模块进行的处理包括去循环前缀、解调和信道估计等。

实验参数：1、 Ns=5：一个帧结构中OFDM符号的个数；2、para=40：并行传输的子载波个数；3、gl=10：设置保护时隙的长度；4、an：每条多径的幅度增益0-10dB,粒度为0.1；5、tn：时延扩展0-4us，单位为us；6、wn：频偏-100Hz-100Hz,粒度为0.1Hz；7、sita：设置相偏0-2*pi,粒度为pi/100；8、Np：插入的导频数目

实验步骤：1、产生二进制信息，这个可以通过matlab中的round(rand(1,para*Ns*4))命令来实现。产生的是一个长度为para*Ns*4的0-1序列。由于采用的是16QAM调制，所以每四个码元调制为一个符号，因此总长度要乘以4。

2、映射：采用的是16QAM调制。这种调制有圆形星座图和方形星座图两种，本次实验采用方形的星座图。这一过程是通过子函数fangQAM.m来实现的，图二为方形的星座图。

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16-QAM星座图43210-1-2-3-4-4-3-2-101234

图2

3、串并转换、插入导频：OFDM的原理就是通过串并转换将高速传输的串行数据转换为并行传输的数据，在matlab中，串并转换是通过reshape(x,para,Ns)来实现的，将串行传输的信号x转换为para个并行传输的子数据流，每个数据流中符号的个数为Ns。为了接收端能够进行信道估计，在发送端要在发送信号中插入导频，导频的分布模式一般分为块状导频和梳状导频两种，本次实验中插入的是块状导频，所谓的块状分布就是指导频在时域周期性的分配给OFDM符号，这种导频分布模式特别适用于慢衰落的无线信道，由于训练符号包含了所有的导频，所以在频域就不需要插值，因此这种导频分布模式对频率选择性衰落相对不敏感。

4、IFFT和插入保护间隔：OFDM信号的调制表达式和信号的IFFT的表达式相吻合，所以OFDM信号的调制可以通过IFFT来实现。由于无线信道存在多径时延现象，从而会产生码间干扰，为了克服这种影响，可以再每个OFDM符号前面加入一段循环前缀，理论上只要循环前缀的长度大于最大时延扩展，则能克服多径时延，从而消除了码间干扰。加入循环前缀之后再对信号进行并串转换，此时得到的信号就是待发送信号。 5、信道建模：得到的待发送信号要通过信道到达接收端，因此在理论研究中要进行信道建模，从而模拟信号真实的传播环境。本次实验中涉及到的信道为多径时延信道，信号经过信道后会产生多径时延，频偏，相偏等。信道建模得到信道的冲击响应后，通过冲击响应和待发送信号的卷积即可得到接收端接收到的信号。信号经过信道后要经历的处理大致为发射端的逆过程，与发射端不同的是，在接收端存在信道估计。

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6、信道估计：无线信道的基本特性就是存在不稳定性，信号经过信道后可能会产生多径时延、多普勒频移、相偏等现象。因此信号经过信道后会产生严重的失真，如果在接收端我们知道信道的特性，也就是说，我们知道信道对信号的影响，那么我们就能将信道对信号的影响去除掉。而在接收端信道的特性是通过信道估计来得到的。信道估计一般可以分为盲信道估计和非盲信道估计，前者即通过接收信号的统计特性来得到信道的特性，这种方法计算比较复杂，而且精度不高；基于训练序列的信道估计即为在发送端发送一些已知的序列，接收端利用这些已知序列的接收信号来对信道进行估计，传统的估计方法有LS算法和MMSE算法。本次实验采用的是基于ＬＳ算法的信道估计。令Ｘ为发送端插入的导频，Ｙ为接收端接收到的导频信号，信道的传输函数的ＬＳ估计值为：Ｈ＝Ｙ／Ｘ； 实验参数要求： １、 用户参数

用户个数：1-4个；本次实验中为一个用户；

单用户占据子带个数：6-40个可选；本实验中为40个子带。 ２、 信道参数

多径个数：1-5个，本次实验中为4条多径； 每条径的幅度增益：0-10dB,粒度为0.1bB； 相位变化：0-2*pi随机，粒度为pi/100; 时延扩展：0-4us，粒度为0.1us; ３、 频偏参数

变化范围：-100-100Hz,粒度为0.1Hz; ４、 相偏参数

变化范围：0-2*pi，粒度为pi/100; ５、 噪声参数

AWGN噪声，SNR-20-20dB，粒度为0.1dB;

６、 调制方式：QPSK、16QAM、64QAM等，本实验采用16QAM调制方式； 实验结果：本次实验主要研究信噪比和循环前缀的长度对系统误码率的影响。

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１、 信噪比对系统误码率的影响：

经过fft之后的信号矢量图（SNR=15dB）6420-2-4-6-6-4-20246

图3

经过fft之后的信号矢量图（SNR=20dB）543210-1-2-3-4-5-4-3-2-1012345

图4

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100OFDM Simulation10-1BER10-210-3024681012SNR[dB]14161820

图5

２、 循环前缀长度对系统误码率的影响：

经过fft之后的信号矢量图（时延扩展=8us）43210-1-2-3-4-4-3-2-101234

图6

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/960f.html