【正文】 重新恢復(fù)成 I 信道和 Q 信道兩路數(shù)據(jù)。第 n 個(gè)附加波由多普勒效應(yīng)引起的多普勒頻移為 cos /dnfv ??? ，當(dāng)附加波來(lái)自移動(dòng)臺(tái)正對(duì)面時(shí)， 21 cos 1n? ? 。多徑衰落增加了接收信號(hào)的誤碼率 。在這種情況下，不同到達(dá)波的路徑長(zhǎng)度不同，到達(dá)移動(dòng)臺(tái)的時(shí)間也會(huì)不同。在計(jì)算出 spow 后就可以得到 npow，再由式（ 310）就可以得到 attn，加入噪聲。 在 OFDM 系統(tǒng)仿真中，我們要作出 0/bEN與 BER 的關(guān)系，因此我們必須計(jì)算出 0/bEN與 attn 的關(guān)系。在用 MATLAB 仿真時(shí)，使用內(nèi)建函數(shù) randn。加保護(hù)間隔后的 I 信道和 Q 信道數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)并串轉(zhuǎn)換后，在實(shí)際傳輸過(guò)程中調(diào)制到一個(gè)高頻載波上進(jìn)入信道。 此外，以 T 為采樣間隔得到的時(shí)域采樣信號(hào)的傅里葉變換是由時(shí)域連續(xù)信號(hào)的傅里葉變換周期重復(fù)構(gòu)成的，其重復(fù)周期為 1/T。這種偽信號(hào)的表現(xiàn)就是，當(dāng)采樣點(diǎn)數(shù)較少時(shí)，即當(dāng)采樣值被還原之后，信號(hào)中將不再含有原有信號(hào)中的高頻成分，呈現(xiàn)出虛假的低頻信號(hào)。 OFDM 子載波在進(jìn)行調(diào)制時(shí)，是將編碼后的數(shù)據(jù) 按照調(diào)制度分為長(zhǎng)度為n=2(QPSK)、 n=4(16QAM)的組，按照格雷編碼的方式進(jìn)行映射，映射后的分別作為 I 信道和 Q 信道的數(shù)據(jù)，相加后數(shù)據(jù)再乘以歸一化因子即為調(diào)制的結(jié)果 d： ( ) m odIQd d jd K? ? ? (35) 對(duì)于 QPSK 調(diào)制，歸一化因子為 1/2，而 16QAM 調(diào)制為 1/ 10 。 （ 2）前向糾錯(cuò)方式（ FEC）：發(fā)送端發(fā)送糾錯(cuò)碼，接收端在收 到信碼中不僅能發(fā)現(xiàn)錯(cuò)碼，而且還能夠確定錯(cuò)碼的準(zhǔn)確位置，并糾正錯(cuò)碼。其基本做法是：發(fā)送端在傳輸?shù)男畔⒋a元序列中附加一些冗余的監(jiān)督碼元，這些監(jiān)督碼元和信息碼元之間按照編碼規(guī)則形成一定的關(guān)系，接收端則通過(guò)這種 關(guān)系來(lái)發(fā)現(xiàn)和糾正可能產(chǎn)生的誤碼。 數(shù)字信號(hào)在傳輸過(guò)程中，差錯(cuò)的類型主要有二種。然而碼長(zhǎng)的增加，由于碼率一定，可用碼字的數(shù)量也增加了，從而會(huì)增加譯碼設(shè)備的復(fù)雜性。隨著信噪比的增加，信道容量不斷增大；隨著帶寬的增加，信道容量開始也是不斷增加，但當(dāng)帶寬增加到一定時(shí)，信道容量逐漸趨于某一極限。誤碼率與多種因素有關(guān)系。由于 MATLAB 自帶的庫(kù)函數(shù) 將輸入正弦波的采樣點(diǎn)編碼為十進(jìn)制數(shù)字，需要編一個(gè)進(jìn)制轉(zhuǎn)換函數(shù)，將其轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制的 0、 1 代碼。 DPCM 的總量化誤差 e(n)定義為， 輸入信號(hào) m(n)與解碼器輸出的重建信號(hào) m(n)的差值。 圖 32給出了差值脈碼調(diào)制 (DPCM)系統(tǒng)原理框圖?？深A(yù)測(cè)部分 (相關(guān)部分 )是由過(guò)去的一些權(quán)值加權(quán)后得到的；不可 預(yù)測(cè)的部分 (非相關(guān)部分 )可看成是預(yù)測(cè)誤差。 子載波數(shù) 52 有用 OFDM 符號(hào)持續(xù)時(shí)間 Tu(us) 保護(hù)間隔部分持續(xù)時(shí)間 Tg（ us） 每個(gè) OFDM 符號(hào)持續(xù)時(shí)間 Ts（ us） 4 子載波頻率間隔（ MHz） 帶寬（ MHz） 20（ 64） OFDM 符號(hào)速率（ symbol/s） 250000 表 31 OFDM 系統(tǒng)參數(shù)選擇 信源編碼 這里待傳數(shù)據(jù)為一個(gè)模擬信號(hào)正弦波，從中均勻取出 51 個(gè)點(diǎn)，然后進(jìn)行 信源編碼。每個(gè)符號(hào)由兩部分組成：數(shù)據(jù)部分和保護(hù)間隔部分。本文仿真時(shí)所采用的結(jié)構(gòu)借鑒了 標(biāo)準(zhǔn)，并對(duì)其進(jìn)行了簡(jiǎn)化。 第五 節(jié)、 本章小結(jié) 本章主要講述了移動(dòng)通信的發(fā)展歷程，可分為三個(gè)階段；論述了未來(lái)移動(dòng)通信的 發(fā)展趨勢(shì) —— 第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)，進(jìn)而介紹其中的 OFDM 技術(shù)的發(fā)展歷程和 OFDM 的關(guān)鍵技術(shù) — 同步技術(shù)、 PAR 解決、信道估計(jì)，信道分配等；最后探討了 OFDM 技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和不足。 14 待傳數(shù)據(jù) 信源編碼 串并轉(zhuǎn)換 調(diào)制信道編碼IFF T加入保護(hù)間隔并串轉(zhuǎn)換信道串并轉(zhuǎn)換去保護(hù)間隔 FFT 解調(diào)并串轉(zhuǎn)換信道解碼信源解碼數(shù)據(jù)恢復(fù)OFDM包絡(luò)的不恒定性可以用 PAPR來(lái)表示。圍繞如何降低 OFDM系統(tǒng)的 PAPR，人們進(jìn)行了大量的研究工作。 (3)OFDM 信號(hào)的 PAPR 相對(duì)較大，這個(gè)比值的 增大會(huì)降低射頻放大器的效率。即相對(duì)于慢的時(shí)變信道，可以根據(jù)每個(gè)子載波的 SNR 相應(yīng)的選取各子載波及其調(diào)制方式、每個(gè)符號(hào)的比特?cái)?shù)以及分配給各子載波的功率，使總比特率最大，以此提高系統(tǒng)的容量。采用這種調(diào)制方法的步長(zhǎng)必須為 2，而利用 MPSK 調(diào)制可傳輸任意比特?cái)?shù)量如 1， 2， 3，分別對(duì)應(yīng) 2PSK， 4PSK以及 8PSK，并且 MPSK 調(diào)制的另一個(gè)好處就是該調(diào)制方案是等能量調(diào)制，不會(huì)由于星座點(diǎn)的能量不等而為 OFDM 系統(tǒng)帶來(lái) PAPR 較大的問(wèn)題。正交幅度調(diào)制要改變載波的幅度和相位，他是 ASK 和 PAK 的結(jié)合。 子載波數(shù)可以由信道帶寬、數(shù)據(jù)吞吐量和有用符號(hào)持續(xù)時(shí)間 T所決定： 1N T? 子載波數(shù)可以被設(shè)置為有用符 號(hào)持續(xù)時(shí)間的倒數(shù)，其數(shù)值與 FFT處理過(guò)的數(shù)據(jù)點(diǎn)相對(duì)應(yīng)。在實(shí)際應(yīng)用中，載波的偏移和相位的穩(wěn)定性會(huì)影響兩個(gè)載波之間間隔的大小，如果為移動(dòng)著的接收機(jī)，則載波間隔必須足夠大，這樣才能忽略多普勒頻移。因此在實(shí)際應(yīng)用中，一般選擇符號(hào)周期是保護(hù)間隔長(zhǎng)度的 5 倍，這樣由于插入保護(hù)比特所造成的信噪比損耗只有 1 dB 左右。按照慣例，保護(hù)間隔的時(shí)間長(zhǎng)度應(yīng)該為應(yīng)用移動(dòng)環(huán)境信道下時(shí)延均方根值的 2～ 4倍。在接收端，首先將接收符號(hào)開始的寬度為 Tg的部分丟棄，然后將剩余的寬度為 T的部分進(jìn)行傅里葉變換，再進(jìn)行解調(diào)。然而，如果多徑時(shí)延超過(guò)了保護(hù)間隔，則在 FFT 運(yùn)算時(shí)間長(zhǎng)度內(nèi)可能會(huì)出現(xiàn)信號(hào)相位的跳變，因此在第一路徑信號(hào)與第二路徑信號(hào)的疊加信號(hào)內(nèi)就不再只包括單純連續(xù)正弦波形信號(hào)，從而導(dǎo)致子載波之間的正交性有可能遭到破壞，就會(huì)產(chǎn)生信道間干擾 (ICI)，使得各載波 之間產(chǎn)生干擾。通過(guò)把輸入的數(shù)據(jù)流經(jīng)過(guò)串／并變換分配到 N 個(gè)并行的子信道上，使得每個(gè)用于去調(diào)制子載波的數(shù)據(jù)符號(hào)周期可以擴(kuò)大為原始數(shù)據(jù)符號(hào)周期的 N 倍，因此時(shí)延擴(kuò)展與符號(hào)周期的比值也同樣可降低為 1／ N。因此，高 PAPR 使得 OFDM 系統(tǒng)的性能大大下降甚至直接影響實(shí)際應(yīng)用。 無(wú)線通信系統(tǒng)的性能 受到無(wú)線信道的影響 ， 比如頻率選擇性衰落等等 ， 使得發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間的傳播路徑非常復(fù)雜 。 根據(jù)實(shí)現(xiàn)手段的不同 ， 常用的 OFDM 同步算法主要分為兩類 ： 利用循環(huán)前綴或插入專門的訓(xùn)練序列來(lái)實(shí)現(xiàn)同步 。 同時(shí)還會(huì)引起相位噪聲問(wèn)題 ， 使得實(shí)際的振蕩器不能在一個(gè)精確的頻率上產(chǎn)生子載波 ， 而是使子載波有一個(gè)隨機(jī)的相位抖動(dòng)調(diào)制 ， 結(jié)果使得作為相位的時(shí)間產(chǎn)物的頻率不能是一個(gè)常量 ， 最終在 OFDM 的接收端產(chǎn)生 ICI。因此，頻域的同步是非常重要的，實(shí)現(xiàn)起來(lái)也復(fù)雜。 OFDM系統(tǒng)中，告訴數(shù)據(jù)流經(jīng)串并轉(zhuǎn)換后，符號(hào)的周期延長(zhǎng)，速率降低，因而 系統(tǒng)對(duì)時(shí)間的偏差不敏感，發(fā)送子載波的正交性不受時(shí)間偏差的影響，時(shí)域同步交易實(shí)現(xiàn)。 OFDM 的關(guān)鍵技術(shù) 同步技術(shù) OFDM中的同步通常包括 3方面的內(nèi)容： (1)幀檢測(cè)； (2)載波頻率偏差及校正；(3)采樣偏差及校正。經(jīng) A／ D轉(zhuǎn)換，串并轉(zhuǎn)換后的信號(hào)可表示為： ? ? ? ? ? ? ? ?y G I n x G I n h n w n? ? ? （ 3） 然后，在除去 CP后進(jìn)行 FFT解調(diào)，同時(shí)進(jìn)行信道估計(jì) (依據(jù)插入的導(dǎo)頻信號(hào) )，接著將信道估計(jì)值和 FFT解調(diào)值一同送入 檢測(cè)器 進(jìn)行相干檢測(cè)，檢測(cè)出每個(gè)子載波上的信息符號(hào)，最后通過(guò)反映射及信道譯碼恢復(fù)出原始比特流。插入導(dǎo)頻 信號(hào)后經(jīng)快速傅里葉反變換 (IFFT)對(duì)每個(gè) OFDM符號(hào)的 N個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制，變成時(shí)域信號(hào)為： ? ? ? ? 1 2/0 ,N j w m Nmx n I F F T X m e ????????? ?0,1,2n? ，…… 1N? (1) 式中： m為頻域上的離散點(diǎn)； n為時(shí)域上的離散點(diǎn)； N為載波數(shù)目。 各子信道的正交調(diào)制和解調(diào)可通過(guò)離散傅立葉反變換 (IDFT)和離散傅立葉變換 (DFT)實(shí)現(xiàn)。 OFDM把高速數(shù)據(jù)流通過(guò)串 /并變換，使得每個(gè)子載波上的數(shù)據(jù)符號(hào)持續(xù)長(zhǎng)度相對(duì)增加，可有效對(duì)抗信號(hào)波形間的干擾 (ISI)。 利用快速反傅立葉變換 （ IFFT） 實(shí)現(xiàn)整個(gè) OFDM 通信系統(tǒng) ， 如圖 １ 所示 。目前 OFDM技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于廣播式的音頻、視頻領(lǐng)域和民用通信系統(tǒng)，主要的應(yīng)用包括： ETSI標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字音頻廣播（ DAB）、數(shù)字視頻廣播（ DVB）、高清晰度電視（ HDTV）、無(wú)線局域網(wǎng)（ WLAN）等 。 其實(shí)， OFDM并不是如今發(fā)展起來(lái)的新技術(shù)， OFDM技術(shù)的應(yīng)用已有近 40年的歷史，主要用于軍用的無(wú)線高頻通信系統(tǒng)。為了支持更高的信息傳輸速率和更高的用戶移動(dòng)速度，在下一代的無(wú)線通信中必須采用頻譜效率更高、抗多徑干擾能力更強(qiáng)的新型傳輸技術(shù)。 Abstract As people on the needs of data munication, broadband, individuals and mobile, OFDM technology accesses a wide range of 3 applications in the field of integrated wireless , it will be one of the core technology of 4G mobile munications. OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) is a special multicarrier transmission scheme , it bines some technologies such as figure modulation, digital signal processing, multicarrier transmission .It is the maximum utilization of the spectrum munication system ,with the advantages of faster transfer rates ,antimultipath interference. Currently known at present。 基于 Matlab 的 OFDM 系統(tǒng)仿真和抗噪聲性能分析 摘 要 隨著人們對(duì)通信數(shù)據(jù)化、寬帶化、個(gè)人化和移動(dòng)化的需求， OFDM技術(shù)在綜合無(wú)線接入領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，它將是 4G 移動(dòng)通信的核心技術(shù)之一。 關(guān)鍵詞 ： 調(diào)制解調(diào) 、 串并轉(zhuǎn)換 、 Matlab 仿真 、 誤碼率 ,抗噪聲性能分析。隨著用戶對(duì)各種實(shí)時(shí)多媒體業(yè)務(wù)需求的增加和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅猛發(fā)展，可以預(yù)計(jì)，未來(lái)的無(wú)線通信及技術(shù)將會(huì)有更高的信息傳輸速率，為用戶提供更大的便利，其網(wǎng)絡(luò) 5 結(jié)構(gòu)也將發(fā)生根本的變化。在 OFDM 中引入循環(huán)前綴，克服了 OFDM 相鄰塊之間的干擾（ IBI），保持了載波間的正交性，同時(shí)循環(huán)前綴長(zhǎng)度大于信道擴(kuò)展長(zhǎng)度，有效地抑制了碼間干擾（ ISI），可以看出， OFDM 技術(shù)抗多徑能力強(qiáng)、頻譜利用率高、易于實(shí)現(xiàn)的優(yōu)勢(shì)對(duì)短波數(shù)據(jù)通信具有廣闊的應(yīng)用價(jià)值，為提高短波通信頻譜利用率和傳輸速率提供了新的解決方案。 80年代，人們研究如何將 OFDM技術(shù)應(yīng)用于高速 MODEM，進(jìn)入 90年代以來(lái)， OFDM技術(shù)的研究深入到無(wú)線調(diào)頻信道上的寬 帶數(shù)據(jù)傳輸。 當(dāng)每個(gè) OFDM 符號(hào)中插入一定的保護(hù)時(shí)間后 ， 碼間干擾幾乎就可以忽略 。 圖 1 OFDM系統(tǒng) 原理框圖 如圖所示， OFDM的基本思想是將串行數(shù)據(jù)，并行地調(diào)制在多個(gè)正交的子載波上，這 樣可以降低每個(gè)子載波的碼元速率，增大碼元的符號(hào)周期，提高系統(tǒng)的抗衰落和干擾能力，同時(shí)由于每個(gè)子載波的正交性，大大提高了頻譜的利用率，所以非常適合移動(dòng)場(chǎng)合中的高速傳輸。 OFDM的以上優(yōu)勢(shì)減小了接收機(jī)的復(fù)雜度，甚至可 以不用均衡器，僅采用插入循環(huán)前綴的方法消除 ISI的不利影響，大大節(jié)省了系統(tǒng)花費(fèi)，減小了系統(tǒng)復(fù)雜輸入 數(shù)據(jù) 插入倒頻 I F FT 并|串轉(zhuǎn)換 插保護(hù)間隔 載波調(diào)制 信道 輸出 數(shù)據(jù) 解碼，去交織 數(shù)字解調(diào) 信道估計(jì) 并|串轉(zhuǎn)換 F FT 串|并轉(zhuǎn)換 去保護(hù)間隔 定時(shí)和頻率同步 編碼，交織 數(shù)字調(diào)制 串|并轉(zhuǎn)換 載波解調(diào) 7 度和功率消耗。 在發(fā)送端，輸入的高比特流通過(guò)調(diào)制映射產(chǎn)生調(diào)制信 號(hào)，經(jīng)過(guò)串并轉(zhuǎn)換變成N條并行的低速子數(shù)據(jù)流，每 N個(gè)并行數(shù)據(jù)構(gòu)成一個(gè) OFDM符號(hào)。 （ 2） 接收端將接收的信號(hào)進(jìn)行處理，