实验三-基带OFDM系统及其仿真VIP免费

1/8实验三基带OFDM系统及其仿真一、实验原理正交频分复用（OFDM）系统是一种特殊的多载波传输方案，它可以被看作是一种调制技术，也可以被当作一种复用技术。多载波传输把数据流分解成若干个子比特流，这样每个子数据流将具有低得多的比特速率，用这样的低比特率形成的低速率多状态符号再去调制相应的子载波，就构成多个低速率符号并行发送的传输系统。正交频分复用是对多载波调制（MCM）的一种改进。它的特点是各子载波相互正交，所以扩频调制后的频谱可以相互重叠，不但减小了子载波间的相互干扰，还大大提高了频谱利用率。选择OFDM的一个主要原因在于该系统能够很好地对抗频率选择性衰落和窄带干扰。在单载波系统中，一次衰落或者干扰就可以导致整个链路失效，但是在多载波系统中，某一时刻只会有少部分的子信道会受到深衰落的影响。1.原理框图图1所示为OFDM系统原理框图：交织编码数字调制插入导频串并变换解码解交织数字解调信道校正并串变换IFFTFFT并/串串/并插入循环前缀和加窗去除循环前缀RFTXDACRFRXADC定时和频率同步图1OFDM系统原理框图2.DFT实现对于N比较大的系统来说，OFDM复等效基带信号可以采用离散傅立叶逆变换（IDFT）方法来实现。对信号)(ts以NT的速率进行抽样，即令NkTt2/8)1,,1,0(Nk，则得到:210(/),01ikNjNkiisskTNdekN可以看到ks等效为对id进行IDFT运算。同样在接收端，为了恢复出原始的数据符号id，可以对ks进行逆变换，即DFT得到：210,01ikNjNikkdseiNOFDM系统的调制和解调可以分别由IDFT和DFT来代替。通过N点的IDFT运算，把频域数据符号id变换为时域数据符号ks经过射频载波调制之后，发送到无线信道中。其中每个IDFT输出的数据符号ks都是由所有子载波信号经过叠加而生成的，即对连续的多个经过调制的子载波的叠加信号进行抽样得到的。3.保护间隔和循环前缀应用OFDM的一个重要原因在于它可以有效的对抗多径时延扩展。通过把输入数据流串并变换到N个并行的子信道中，使得每一个调制子载波的数据周期可以扩大为原始数据符号周期的N倍，因此时延扩展与符号周期的数值比也同样降低N倍。为了最大限度的消除符号间干扰，还可以在每个OFDM符号之间插入保护间隔，而且该保护间隔长度gT一般要大于无线信道中的最大时延扩展，这样一个符号的多径分量就不会对下一个符号造成干扰。在这段保护间隔内可以不插任何信号，即是一段空白的传输时段。然而在这种情况下，由于多径传播的影响，则会产生载波间干扰（ICI）即子载波之间的正交性遭到破坏，不同的子载波之间的产生干扰。由于每个OFDM符号中都包括所有的非零子载波信号，而且也可同时出现该OFDM符号的时延信号，图2给出了第一子载波和第二子载波的时延信号。从图中可以看到，由于在FFT运算时间长度内，第一子载波和第二子载波之间的周期个数之差不再是整数，所以当接收机试图对第一个子载波进行解调时，第二子载波会对第一子载波造成干扰。同样，当接收机对第二子载波进行解调时，也会存在来自第一子载波的干扰。3/8图2空闲保护间隔对子载波造成的干扰在OFDM系统中,为了既可以消除ISI,又可以消除ICI,通常保护间隔是由循环前缀（CP）来充当。这种保护间隔是一种循环复制，增加了符号的波形长度，在符号的数据部分，每一个子载波内有一个整数倍的循环，此种符号的复制产生了一个循环的信号，即将每个OFDM符号的后gT时间中的样点复制到OFDM符号的前面，形成前缀，在交接点没有任何的间断。因此将一个符号的尾端复制并补充到起始点增加了符号时间的长度，图3显示了保护间隔的插入。保护间隔保护间隔IFFT输出IFFTIFFT时间复制TgTFFTTs符号N符号N－1符号N＋1图3加入CP的OFDM符号符号的总长度为sT=gT＋FFTT，其中sT为OFDM符号的总长度，gT为采样的保护间隔长度，FFTT为FFT变换产生的无保护间隔的OFDM符号长度，则在接收端采样开始的时刻xT应该满足下式：gxTTmax其中max是信道的最大多径时延扩展，当采样满足该式时，由于前一个符号的干扰只会在存在于[0，max],当子载波个数比较大时，OFDM的符号周期sT相对于信道的脉冲响应长度max很大，则符号间干扰（ISI）的影响很小，；而如果4/8相邻OFDM符号之间的保护间隔gT满足gTmax的...