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OFDM高斯信道下的性能仿真 数字通信原理实验报告 实验二：OFDM高斯信道下的性能仿真 专 业 学 生 学 号 指导教师 日 期 流将有低得多的比特速率，用这样的低比特速率形成的低速率多状态符号再去调制相应的子载波，构成了多个低速率符号并行发送的传输系统。 OFDM的主要思想是将串行数据并行地调制在多个正交的子载波上，由此可以降低每个子载波的码元速率，增大码元的符号周期，提高系统的抗衰落和抗干扰能力，而且由于每个子载波的正交性，大大提高了频谱的利用率，因此非常适合移动场合中的高速传输，下图为OFDM系统实现框图。 r(t) n(t) S(t) …… …… …… …… DFT 或 FFT 并/串 交换 反OFDM OFDM 串/并交换 IDFT 或 IFFT 插入 保护 间隔 数/模交换 多径 传播 模/数 交换 去除 保护 间隔 串/并 交换 ＋＋ OFDM 在发送端，输入的高速率数据流经过信道编码和交织后，再通过调制映射产生调制信号，插入导频信号后，经过串/并变换变成N个并行的低速率数据流，这样每N个并行数据构成一个OFDM符号。 经快速反傅里叶变换(IFFT)对每个OFDM符号的N个数据进行调制，变成时域信号为： n=0,1, ……,N-1 式中：m为频域上的离散点；n为时域上的离散点；N为载波数目。为了在接收端能够有效的抑制码间干扰(Inter Symbol Interference，ISI)，通常要在每一时域OFDM符号前加上保护间隔(Guard Interval，GI)。加保护间隔后的信号可表示为下式，最后信号经并／串变换及D／A转换，由发送天线发送出去。 接收端将接收的信号进行处理，完成定时同步和载波同步。经A／D转换，串/并转换后的信号可表示为： yGI(n)=xGI(n)*h(n)+z(n)+w(n) 然后，在去除CP后进行FFT解调，同时进行信道估计(依据插入的导频信号)，后面接着将信道估计值和FFT解调值一起送入检测器进行相干检测，检测每个子载波上的信息符号。最后经过反映射和信道译码恢复出原始比特流。除去循环前缀(CP)经FFT变换后的信号可表示为： m=0,1, ……N-1 m=0,1, ……N-1 式中：H(m)为信道h(n)的傅里叶转换；Z(m)为符号间干扰和载波间干扰z(n)的傅里叶变换；W(m)是加性高斯白噪声w(n)的傅里叶变换。 无线多径信道会使通过它的信号出现多径时延，此种多径时延如果扩展到下一个符号，就会造成符号问串扰，严重影响数字信号的传输质量。而采用OFDM技术的主要原因之一是它可以有效地防止多径时延扩展。通过把输入的数据经过串／并变换后分配到N个并行的子信道上，使每个用于去调制子载波的数据符号周期可以扩大为原输入数据符号周期的N倍，因此时延扩展与符号周期的比值也同样可降低为1／N。在OFDM系统中，为了能够最大限度地消除符号间干扰，可在每个OFDM符号之间插入保护间隔，而且该保护间隔的长度Tg一般要大于无线信道的最大时延扩展，这样一个符号的多径分量就不会对下一个符号造成干扰。 当多径时延小于保护间隔时，可以保证在FFT的运算时间长度内，不会使信号相位跳变。所以，OFDM接收机所看到的只是存在某些相位偏移、多个单纯连续正弦波形的信号叠加，而这种叠加不会破坏子载波之间的正交性。如果多径时延超过了保护间隔，则在FFT运算时间长度内可能会出现信号相位的跳变，因此在第一路径信号与第二路径信号的叠加信号内就不再只包括单纯连续正弦波形信号，从而导致子载波之间的正交性可能遭到损坏，因此就会产生信道间干扰(ICI)，使得各载波之间产生干扰。 为了消除多径传播造成的信道之间的干扰ICI，一种有效方法是将原来宽度为T的OFDM符号进行周期性扩展，用扩展信号来填充保护间隔。将保护间隔内(持续时间用Tg表示)的信号称为循环前缀(Cyclic Prefix，CP)。在实际系统中，当OFDM符号送入信道之前，首先要加入循环前缀，然后送入信道进行传送。在接收端，先要将接收的符号开始的宽度为Tg的部分丢弃，然后将剩余的宽度为T的部分进行傅里叶变换，进行解调。在OFDM符号内加入循环前缀可以保证在一个FFT周期内，使OFDM符号的时延副本内所包含的波形周期个数也是整数，这样，时延小于保护间隔Tg的时延信号就不会在解调过程中产生信道间干扰ICI。 三、实验要求 1、仿真OFDM在AWGN信道下