【正文】 可以表示為： 其中，φ n 是受調相位，可以 有 M 種不同的取值。 本文用 Matlab 軟件對 QPSK 通信系統(tǒng)具體實現(xiàn)進行了模擬仿真 ,并對各模塊進行了頻譜分析。 卷積碼的最大似然譯碼 — 維特比算法： （ 1）用數(shù)組描述網(wǎng)格圖結構： 1 4 3 2 000 101 111 001 110 011 010 100 p(1,1)=1， c(1,1)=000， p(1,2)=2，c(1,2)=001 p(2,1)=3， c(2,1)=011， p(2,2)=4，c(2,2)=010 p(3,1)=1， c(3,1)=111， p(3,2)=2，c(3,2)=110 p(4,1)=3， c(4,1)=100， p(4,2)=4，c(4,2)=101 燕山大學本科生畢業(yè)設計（論文） 18 (2) 計算 L 時刻接收碼 Rl 相對于各碼字的相似度，稱為分支量度。比如門限譯碼，它以分組碼理論為基礎，其主要特點是算法簡單，易于實現(xiàn)，但是它的誤碼性能要比概率譯碼差。由樹狀圖，已知輸入信息序列就可以得到輸出序列，當輸入碼元是 0 時，則由節(jié)點出 發(fā)走上支路；當輸入碼元是 1 時，則由節(jié)點出發(fā)走下支路。 以（ 2， 1， 3）卷積碼編碼器為例來說明其工作過程。 1963 年 Massey 提出了 一種性能稍差，但比較實用的門限譯碼方法。卷積碼的結構比較復雜，并串變換 串并變換 )(tx 反 OFDM OFDM IFFT OR IDFT 并行串行變換 串行并行變換 去除保護間隔 插入保護間隔 數(shù)模轉換 多徑傳播 ),(th? FFT OR DFT )(ty )(tn 模數(shù)轉換 第 2章 OFDM基本原理 15 但 n 和 k 的值相對于分組碼來說比較小。 1 , 1( ) , 1 , , 11( ) , 0 ,1 , 1{GGx N n nGx n n NNNx ? ? ? ? ? ?????? ?? ?????? ?? （ 22） 接收端將接收的信號進行處理，完成定時同步和載波同步。 圖 符號包括四個載波 OFDM 符號的每個子載波相互之間都是正交的，可以用式(23)來解釋，此式在時域可以用圖 的內容來直觀表現(xiàn)，由圖可得，在一個 OFDM 符號周期內各子載波均包含了整數(shù)個周期，并且各相鄰子載波之間相差 1 個周期。 OFDM 系統(tǒng)的基本原理見圖 23 所示： 串并變換???? 0jte ? ? ?tD? ?0d ? ?1d1jte ?? ?1dN ?N1jte ? ????積分 0jte ??1jte ??1Njte ? ??并串變換39。當調制信號通過陸地無線信道到達接收端時，由于信道多徑效應帶來的碼間串擾的作用，子載波之間不能保持良好的正交狀態(tài)。 傳統(tǒng)的頻分復用 (FDM)系統(tǒng)將整個頻帶劃分為若干個互不重疊的子信道來并行傳輸數(shù)據(jù)，為避免子信道之間的相互干擾，予信道之間要留有保護頻帶。因此多載波傳輸技術的運用就是必然的趨勢 [10]。 第 2 章 OFDM 基本原理 正交頻分復用 (OFDM)的基本原理就是把高速的數(shù)據(jù)流通過串并變換，分配到傳輸速率相對較低的若干個子信道中進行傳輸。 本文主要研究工作和內容安排 本文主要研究了 OFDM 的基本原理及對 OFDM 接收系統(tǒng)的MATLAB 仿真與分析，并將其與單載波和 FDM 傳輸系統(tǒng)進行了對比分析，重點放在了 OFDM 接收機系統(tǒng)各模塊的設計與仿真，最后用 MATLAB 代碼編寫了整個 OFDM 基帶系統(tǒng)仿真平臺，設置好仿真參數(shù)，對該基帶系統(tǒng)的性能進行分析，最終得到誤碼率（ BER）與信噪比（ SNR）的關系圖。多天線技術，利用空 /時處理，或者改善用戶傳輸信道質量，或者增加分集增益，能大大提高頻譜效率，雖然對于單個站點會增加設備成本，但是由于覆蓋和容量的改善，將降低整個網(wǎng)絡建設成本，從而大大減少投資。而上行技術的選擇上，由于 OFDM的高峰均比 (PAPR)使得一些設備 商認為會增加終端的功放成本和功率消耗，限制終端的使用時間，一些則認為可以通過濾波，削峰等方法限制峰均比。同時，在發(fā)射端，放大器 的最大輸出功率 就限制了信號的峰值，這會在OFDM 頻段內和相鄰頻段之間產生干擾。 8） OFDM 采用 IFFT 和 FFT 來實現(xiàn)調制和解調， 降低系統(tǒng)復雜程度 ； 易于 DSP 實現(xiàn) 。 2） 由于通信路徑 上 傳送數(shù)據(jù)的能力會隨時間 的變化而 發(fā)生變化， 而 OFDM 技術能夠持續(xù)不斷地 監(jiān)視 傳輸 媒質 上通信特性第 1章 緒論 3 的突 發(fā) 變化，所以 OFDM 能動態(tài)地與之相 協(xié)調 ，并且接通和切斷相應的載波 來 保證通信持續(xù) 精確 地進行； 3） 該技術可以自動地檢測 在 傳輸介質下哪一個特定的載波存在 較 高的信號衰減或干擾脈沖， 并能 采取合適的調制措施使指定頻率下的載波通信成功； 4） 該技術能提供隊列服務 ，克服傳輸介質中外界信號的干擾， 因此 OFDM 技術適合在高層建筑物、居民密集和地理上突出的地方以及將信號散播的地區(qū) 使用 ?，F(xiàn)在 OFDM 已有許多版本已通過測試， Sprint Nextel 及其合作伙伴 Clearwire 的手機網(wǎng)絡均可支持這種技術。這項技術最初主要用于軍事通信系統(tǒng)。然后簡單描述了 OFDM 的原理和 OFDM 系統(tǒng)實現(xiàn)模型及 MATLAB 軟件，并且以此作為系統(tǒng)仿真的理論基礎。 本次畢業(yè)設計首先簡單介紹了 OFDM 技術的發(fā)展和應用，分析了 OFDM系 統(tǒng)的優(yōu)缺點以及發(fā)展前景。 在國外， 1970 年，美國發(fā)明和申請了一個專利，其思想是采用平行的數(shù) 據(jù)和子信道相互重疊的頻分復用來消除對高速均衡的依賴，用于抵制沖激噪聲 和多徑失真，而能充分利用帶寬。目前已經被燕山大學本科生畢業(yè)設計（論文） 2 廣泛應用于廣播式的音頻、視頻領域和民用通信系統(tǒng)，主要應用包括 ADSL、 ETSI 標準的數(shù)字音頻廣播（ DAB）、數(shù)字視頻廣播（ DVB）、高清晰度電 視（ HDTV）、無線局域網(wǎng)（ WLAN）、寬帶無線接入（ BWA）等。 而且 OFDM 技術能 同時 分開至少 1000 個數(shù)字信號， 碼間干擾非常小，并且 OFDM信號 間 的相鄰子載波相互重疊，從理論上講其頻譜利用率 非常 接近 奈奎斯特 極限。通過將各個信道聯(lián)合編碼， 就可以使系統(tǒng)性能得到提高。而峰均 功率 比過大，將會增加A/D 和 D/A 的復雜性，而且會降低射頻功率放 大器的效率。 OFDM 由于技術的成熟性，被選用為下行標準很快就達成共識。傳統(tǒng)的小區(qū)分裂的方式，增加了基站的建設成本，是不經濟的做法。 通過閱讀大量有關 OFDM系統(tǒng)原理設計方法和仿真軟件MATLAB的書籍，在老師的指導下，我相信定能完成本課題。對全文進行了概括性總結，重申了該論文得出的結論，并對以該論文為基礎今后 OFDM 的研究方向進行了展望。從另一個角度去看，當信號的帶寬超過和接近信道的相干帶寬時，信道的時間彌散將會造成頻率選擇性衰落，使得同一個信號中不同的頻率成分體現(xiàn)出不同的衰落特性，這是我們不希望看到的。多載波傳輸技術有多種提法，如正交頻分復用 (OFDM)、離散多音調制 (DMT)和多載波調制 (MCM)或者多路副載波調制 (MSM)，這幾種提法在一般情況下是等同的，只是在 OFDM中各個子載波保持正交，而在 MCM/MSM中這一條并不總能成立。由于子載波的頻譜相互重疊，因而可以得到較高的頻譜效率。由于子載波的 正交性，混頻和積分電路可以有效地分離各個子信道。在很多文獻中，通常 采用復等效基帶信號形式來描述 OFDM 信號，其中實部和虛部分別對應于 OFDM 符號的同相分量和正交分量，實際中可與相應的子載波分量相乘，構成最終的子信道信號和合成的 OFDM 信號。加保護間隔后的信號可表示為式 (2)，最后信號經并／串變換及 D／ A 轉換，由發(fā)送天線發(fā)送出去 。而卷積碼的每一組不僅與本組的 k 位信息位有關，還和這以前各組的信息位有關。 卷積碼是 1955 年 Elias 最早提出， 1957 年 Wozencraft 提出了序列譯碼。稱 ? ?10 ?? mnnc 為編碼約束長度，說明編碼過程中互相約束的碼元個數(shù)。 圖 給出了卷積碼的樹狀圖。 代數(shù)譯碼利用編碼本身得代數(shù)結構進行解碼，并不考慮信道的統(tǒng)計特性。目前維特比譯碼已經得到了廣泛的應用。 QPSK 數(shù)字解調包括：模數(shù)轉換、 抽取 或插值、匹配 濾波 、 時鐘 和 載波 恢復等。設k 比特碼元的持續(xù)時間是 Ts，則它可以表示 M 種不同的相位狀態(tài)， M= 。 表 常見的數(shù)字調制方式的性能 調制方式 頻帶利用率 實現(xiàn) 復雜度 抗非線性能力 BPSK 最簡單 較差 QPSK 簡單 一般 OQPSK 復雜 較好 MSK 最復雜 最好 QPSK 中，每種載波相位代表兩個比特信息，故每個四進制碼元又稱為雙比特碼元。 1 1 180176。 圖 QPSK 解調過程圖 燕山大學本科生畢業(yè)設計（論文） 22 QPSK 信號的解調方式有相干法解調和差分法。 即得到圖 所示的四相 移相信號。 可以看出，具體到電路設計時，確切的表達式應該是 : S(t)=I(t)coswct+ Q(t)sinwct。 kc 經過并 /串變換之后，通過時鐘速率 (2 ) /ssf N J T??的 D/A轉換器和低通濾波器輸出基帶信號。而 FFT和 IFFT可以顯著的降低運算復雜度。例如在 64點的 FFT中，需要計算 96次復數(shù)乘法和 384次復數(shù)加法，換句話說，計算每個樣值所需要的乘法和加法次數(shù)分別為 6次。 循環(huán)前綴 我們假設滿足奈奎斯特抽樣定理 [5]的離散信道模型如圖。同理，當接收機解調1,210 ,......, ??? NNmN xxxxx N 點數(shù)據(jù)塊 0， 0， … 0 1,210 ,......, ??? NNmN xxxxx 保護間隔 共 M 個 0 N+M 個數(shù)據(jù) 塊 燕山大學本科生畢業(yè)設計（論文） 28 第二個載波時，第一個子載波會對第二個子載波造成干擾。第一種就是加入保護間隔，即在每 N點數(shù)據(jù)塊前加入 M個 0，這樣就得到了一個 M+N點數(shù)據(jù)塊，如圖 。這種過采樣的實施也可以通過利用 IFFT/FFT 的方法實現(xiàn)，實施 IFFT 運算時，需要在原始的 N 個輸入值中間添加 (p1)N 個零，而實施 FFT 運算時，需要在原始的 N 個輸入值后面添加 (p1)N 個零。 對于子載波數(shù)量非常大的 OFDM系統(tǒng)來說，可以進一步采用基 4的 FFT算法。若不考慮噪聲和干擾的影響，且假設滿足正交條件，那么在接收端采用類似方法就可以得到接收的信號。 5） 兩路信息并串轉換即的得到解調信息 第 2章 OFDM基本原理 23 圖 QPSK 的相干法解調（上）與差分法解調框圖（下） 使用快速傅立葉變換調制解調 以下是數(shù)學模型的實現(xiàn)。 3） 由 I(t)對載波 sinwc t 進行平衡 調制， Q(t)對 coswc t調制。差分檢測的框圖如圖 14 所示，與相干法相比，只在相干載波的構造上有所區(qū)別。 圖 QPSK 的星座圖 QPSK 信號可以看作兩個載波正交 2PSK 信號的合成，下圖表示 QPSK 正交調制器。 表 QPSK 的相 位 雙比特碼元 載波相位 a b A 方式 B 方式 0 0 0176。由上式可以看出，多相調制的波形可以看做是兩個正交載波進行多電平雙邊帶調制所得信號之和。第 2章 OFDM基本原理 19 該算法允許本地載波由獨立的固定頻率振蕩器產生，不需要鎖相的反饋控制，而相 干檢測的所有其它功能均由數(shù)字信號處理模塊完成。 QPSK 的介紹 QPSK 的定義 QPSK 是英文 QuadraturePhaseShiftKeying 的縮略語簡稱，意為正交相移鍵控，是一種數(shù)字 調制 方式。維特比譯碼是目前用得較多的一種譯碼方法。 1957 年伍成克拉夫 (Wozencraft)提出了一種有效的譯碼方法，即序列譯碼。當輸入第二比特 時，第一比特右移一位，此時的輸出比特顯然與當前輸入比特和前一輸入比特有關。 卷積碼 卷積碼，又稱連環(huán)碼，由埃里亞斯 (Elias)于 1955 年最早提出，它是一種非分組碼。k，稱參數(shù) K 為卷積碼的約束長度，每 k 個比特輸入，得到