【正文】 。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。 降低峰值功率比 由于 OFDM 信號(hào)在時(shí)域上表現(xiàn)為 N 個(gè)正交子載波信號(hào)的疊加，當(dāng)這 N 個(gè)信號(hào) 恰好均以峰值相加時(shí)， OFDM 信號(hào)也將產(chǎn)生最大峰值，該峰值功率是平均功率的 N 倍。 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 。 圖 OFDM 系統(tǒng)內(nèi)的同步示意圖 信道估計(jì) 所謂信道估計(jì)就是估計(jì)從發(fā)送天線到接收天線之間的無(wú)線信道的頻率響應(yīng) 。 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 。 其一是時(shí)域同步 ， 要求 OFDM 系統(tǒng)確定符號(hào)邊界 ， 并且提取出最佳的采樣時(shí)鐘 ， 從而減小載波干擾（ ICI） 和碼間干擾 （ ISI） 造成的影響 。 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。 在 OFDM 系統(tǒng)中 ， 子載波的同步是要發(fā)送端和接收端使用精確的相同頻 率 。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 對(duì)頻偏是很敏感的，頻偏不僅會(huì)破壞子載波間的正交性，而且會(huì)產(chǎn)生載波間干擾 (ICI)，因此在進(jìn)行 FFT解調(diào)前 必須要估計(jì)出頻偏，并進(jìn)行校正。 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)。 (1) 時(shí)間同步 時(shí)間同步能夠幫助找到 FFT窗函數(shù)的正確起始位。 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。 8 圖 OFDM 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)模型 從 OFDM系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)模型可以看出，輸入已經(jīng)過(guò)調(diào)制的復(fù)信號(hào)經(jīng)過(guò)串／并變換后，進(jìn)行 IDFT 或 IFFT 和并／串變換，然后插入保護(hù)間隔，再經(jīng)過(guò)數(shù)／模變換后形成 OFDM 調(diào)制后的信號(hào) s(t)。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。加保 護(hù)間隔后的信號(hào)可表示為式 (2)，最后信號(hào)經(jīng)并／串變換及 D／ A轉(zhuǎn)換，由發(fā)送 天線 發(fā)送出去。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。基于 FFT的系統(tǒng)在計(jì)算方面更有效，并且隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)和 DSP的發(fā)展，IFFT和 FFT都非常容易實(shí)現(xiàn)。 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)。因?yàn)檎瓗Ц蓴_只能影響一小部分的子載波，因此 OFDM可以在某種程度上抵抗這種窄帶干擾。 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)。在實(shí)際應(yīng)用中，可以采用更加方便快捷的 IFFT/FFT 實(shí)現(xiàn)。 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 。 對(duì)于低速并行的子載波而言 ， 由于符號(hào)周期展寬 ， 多徑效應(yīng)造成的時(shí)延擴(kuò)展相對(duì)變小 。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 。直到上世紀(jì) 70年代，人們采用離散傅立葉變換來(lái)實(shí)現(xiàn)多個(gè)載波的調(diào)制，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，使得 OFDM技術(shù)更趨于實(shí)用化。 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)。同時(shí)他把高速數(shù)據(jù)通過(guò)串并轉(zhuǎn)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，降低了子信道的信息速率，將頻率選擇性衰落信道轉(zhuǎn)換為平坦衰落信道，從而具有良好的抗噪聲、抗多徑干擾的能力，適于在頻率選擇性衰落信道中進(jìn)行高速數(shù)據(jù)的傳輸。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)。 then bined with digital munication technology, design a simple baseband OFDM system and its simulation using Matlab verification, focusing on the different circumstances in the bit error rate, and analyze and pare. Key words: MATLAB、 OFDM、 PAPR 目錄 4 第一章、緒論 進(jìn)入 21世紀(jì)以來(lái)，無(wú)線通信技術(shù)正在以前所未有的速度向前發(fā)展。 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。 因此 本文 分析了 移動(dòng)通信系統(tǒng)所面臨的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，簡(jiǎn)要概述了 OFDM 技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r、原理和關(guān)鍵技術(shù)，在此基礎(chǔ)之上建立并分析了 OFDM 系統(tǒng)連續(xù)和離散模型；然后結(jié)合數(shù)字通信技術(shù)設(shè)計(jì)了一個(gè)簡(jiǎn)單的基帶OFDM 系統(tǒng)，并用 Matlab 對(duì)其進(jìn)行仿真驗(yàn)證，著重闡述了在不同環(huán)境下系統(tǒng)的誤碼率，并對(duì)其進(jìn)行分析 。 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。 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 2 是一種特殊的多載波傳輸方案，它將數(shù)字調(diào)制、數(shù)字信號(hào)處理、多載波傳輸?shù)燃夹g(shù)有機(jī)結(jié)合在一起，是目前已知的頻譜利用率最高的一種通信系統(tǒng)，具有傳輸速率快、抗多徑干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。 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。 This paper analyzes the mobile munication system faced situation and development trend, a brief overview of the development of OFDM technology, principles and key technologies, in this based on the establishment and analysis of continuous and discrete model for OFDM systems。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。 OFDM 是一種特殊的多載波傳輸方式，由于各子載波之間存在正交性，允 許子信道的頻譜互相重疊，與常規(guī)的頻分復(fù)用系統(tǒng)相比， OFDM 可以最大限度的利用頻譜資源。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。但是， OFDM系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，從而限制了其進(jìn)一步推廣。 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。 第一 章、 OFDM 技術(shù)綜述 OFDM 的基本原理 6 OFDM 的基本原理是將高速的數(shù)據(jù)流分解為多路并行的低速數(shù)據(jù)流 ， 在多個(gè)載波上同時(shí)進(jìn)行傳輸 。 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 。編碼和交織后的 數(shù)據(jù)進(jìn)行串 ／ 并轉(zhuǎn)換為多路信號(hào) ， 每一路信號(hào)進(jìn)行星座映射為復(fù)信號(hào) ， 然后再進(jìn)行 IFFT， 完成多載波調(diào)制 ， 再經(jīng)過(guò)并串轉(zhuǎn)換后 ， 插入保護(hù)間隔 ， 接下來(lái)進(jìn)行 D ／ A 轉(zhuǎn)換 ， 并進(jìn)行上變頻 ， 將信號(hào)進(jìn)行載波調(diào)制 ， 在接收端經(jīng)歷了與此對(duì)應(yīng)的解調(diào)過(guò)程 OFDM 系統(tǒng)的調(diào)制和解調(diào)可以分別由 IDFT 和 DFT來(lái)實(shí)現(xiàn)。 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系統(tǒng)可通過(guò)動(dòng)態(tài)比特分配和動(dòng)態(tài)子信道分配的方法，充分利用信噪比較高的子信道，提高系統(tǒng)性能。 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。對(duì) N很大 (N32)的系統(tǒng)，可以通過(guò)快速傅立葉變換 (FFT)來(lái)實(shí)現(xiàn)。 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)。為了在接收端有效抑制碼間干擾 (InterSymbol Interference， ISI)，通常要在每一時(shí)域 OFDM符號(hào)前加上保護(hù)間隔 (Guard Interval， GI)。 （ 2） 接收端將接收的信號(hào)進(jìn)行處理，完成定時(shí)同步和載波同步。除去循環(huán)前綴(CP)經(jīng) FFT變換后的信號(hào)可表示為： , ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?Y m X m H m Z m W m? ? ? 0,1,..., 1mN??