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76《宽带无线接入技术》仿真实验一报告格式


重庆交通大学信息科学与工程学院 综合性设计性实验报告

专 学 姓

业: 通信工程专业 11 级 号: 名: 631106040324 黄光莉

实验所属课程: 宽带无线接入技术 实验室(中心): 软件与通信实验中心 指 导 教 师 : 吴仕勋

2014 年 3 月

教师评阅意见:

签名: 实验成绩:

一、题目
OFDM 系统的 Matlab 仿真

二、仿真要求
要求一:OFDM 系统的数据传输
①传输的数据随机产生; ②调制方式采用 16QAM; ③必须加信道的衰落 ④必须加高斯白噪声 ⑤接收端要对信道进行均衡。

要求二:要求对 BER 的性能仿真
设计仿真方案,得到在数据传输过程中不同信噪比的 BER 性能结论,要求得到的 BER 曲线较为平滑。

三、仿真方案详细设计
1、实验原理
OFDM 即正交频分复用技术,实际上 OFDM 是多载波调制技术的一种,其基本原理是:把高速的数据 流通过串并变换,分配到传输速率相对较低的若干个子信道中进行传输,由于每个子信道中的符号周期会 相对增加,因此可以减轻由无线信道的多径时延扩展所产生的时间弥散性对系统造成的影响。并且还可以 在 OFDM 符号之间插入保护间隔,令保护间隔大于无线信道的最大时延扩展,这样就可以最大限度地消除 由于多径而带来的符号间干扰(ISI) 。而且,一般都采用循环前缀作为保护间隔,从而可以避免由多径带 来的子载波间干扰(ICI) 。

16QAM

发 信源 串/并

IFFT

加循环前缀 CP

并/串

发送滤波器

信道 收 信宿 并/串 FFT 去除循环前缀 CP

串/并

接收滤波器

1)使用函数 randint()产生二进制随机序列进行传输,首先进行串/并变换,将一路高速串行的数据 流转化为 N 路低速并行数据,以增加码元周期,其中 N 表示子信道的个数,经过基带调制后(这里我们采 用 16QAM)映射为 N 个 QAM 符号。 2)调制后的信号经 IFFT(离散反傅里叶)变换,将频域信号转换到时域,输出时域的样点。在实际 运用中,信号的产生和解调都是采用数字信号处理的方法来实现的,此时要对信号进行抽样,形成离散时 间信号。IDFT 可以采用快速反傅立叶变换(IFFT)来实现得到更快的处理速度。 3)在输出的样点前插入循环前缀就形成循环扩展的 OFDM 信元,加入循环前缀也就是加入保护间隔, 由 IFFT 运算后的每个符号的同相分量和正交分量分别转换为串行数据,并将符号尾部 G 长度的数据加到 头部,构成循环前缀,如果加入空的间隔,在多径传播的影响下,会造成载波干扰 ICI,保护间隔的长度 G 应该大于多径时的扩张的最大值。 4)循环扩展的 OFDM 信元经并/串变换和脉冲成型(D/A 及低通滤波器)输出基带信号,最后经过上 变频输出 OFDM 信号。信道分为多径时延信道和高斯白噪声信道。多径时延信道直射波和延迟波对于标准 时间按照固定比率递减,因此多径时延信道参数为比率和最大延迟时间。信道的衰落是二径的瑞利衰落。 5)按要求,利用函数直接加入高斯白噪声,接收端收到的信号是时域信号,经串/并转换后去掉循 环前缀 CP,如果 Cp 长度大于信道记忆长度,码间干扰(ISI)仅仅影响 CP,而不影响有用数据,去掉 CP 也就除去了 ISI 的影响 (根据接收到的信号, 分别给每个符号的相同分量和正交分量开头的保护间隔去掉。 ) 然后进行 FFT 变换并经并串变化就可恢复出信息序列。 6)对信道进行均衡,统计误比特率。

四、仿真结果及结论
结论:根据 OFDM 的基本原理,利用 Matlab 编写的系统仿真程序,仿真参数设置为:每信噪比条件 下传输 1 000 个 OFDM 符号,共有 64 个子波,FFT/IFKT 点数为 64,循环前缀长度为 3μ s,基带调制模块 选择为 MPSK 或者 MQAM 方式,多普勒频移为 200 Hz,通过小尺度衰落信道模型进行仿真。由仿真所得的误 码率曲线图可以看出,在相同信噪比条件下,采用 BPSK 和 QPSK 调制方式比采用 16QAM 和 32QAM 调制方式 的误码率要小,但是当 M 比较大时,性能不如 QAM 调制方法的好。每个子信道可采用不同的调制方式,选 择时要兼顾数据速率、频谱效率以及传输的可靠性,以频谱利用率和误码率之间的最佳平衡为原则,采用

自适应技术,特性较好的子信道可采用效率较高的调制方式,而衰落较大的子信道选用效率较低的调制方 式,选择满足一定误码率的最佳调制方式可以获得最佳的频谱效率。

五、总结与体会
心得体会:通过调研,我了解了正交频分复用(OFDM)以其独特优点,在无线接入和移动高速传输中的 应用前景非常广泛,是第四代移动通信的核心技术。在进行 OFDM 系统开发之前,系统的仿真是必要的, 可以优化整个系统的参数和指标,缩短开发周期。讨论了 OFDM 系统在不同调制方式下的性能,通过应用 Matlab 软件,建立 OFDM 系统模型,运用了四种不同的调制方式,对系统进行性能分析,比较其优缺点, 应用时可以根据实际需要找到最适合条件的、最优化的系统。但是在具体的设计过程中,还有许多更复杂 的问题,尤其是同步问题,需要进一步解决参数的进一步优化及如何与高效信道编码技术相结合的问题, 从而使 OFDM 更加适应未来通信发展的需要。

六、主要仿真代码
clear all; clc; M=16; Nfft=64; Ng=Nfft/4 ; Nsym=Nfft+Ng; EbN0=[0:5:30]; N_iter=1e3; sigPow=0; %16QAM 调制阶数 % 子载波个数 % 保护间隔 %码元周期 %采样间隔 (以信噪比为单位的横坐标 ) % 循环次数 % 初始化信号功率

for k=0:length(EbN0) Neb=0; for m=1:N_iter X=randint(1,Nfft,M); Xmod=qammod(X,M); x=ifft(Xmod); x_g=[x(Nfft-Ng+1:Nfft),x]; %随机产生一个 1*64 的 0~15 的比特数 %16QAM 调制 映射 %FFT 变换 %添加循环前缀 %2 径瑞利衰落信道 %路径长度 %信号传输 %初始化误码比特

h=[randn+randn*1i,randn+randn*1i]; Lch=length(h); y=conv(x_g,h);

if k==0 y1=y(1:Nsym); sigPow=sigPow+y1*y1'; continue; end; snr=EbN0(k);

%only to measure the signal power for adding AWGN nosise

%加入高斯白噪声 %产生噪声

noise_mag=sqrt((10^(-snr/10))*sigPow/2);

noise=noise_mag*(randn(size(y))+randn(size(y))*1i); y_g=y+noise; H=fft([h,zeros(1,Nfft-Lch)]); %信道频率响应 %Rx_______________ y_r=y_g(Ng+1:Nsym); Y=fft(y_r); % 移除 CP %信道均衡 Xmod_r(1:Nfft)=Y./H; X_r=qamdemod(Xmod_r,M); %demodulation

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