基于MATLAB的OFDM通信系统的仿真

基　于　ＡＴＬ　信系统的仿真　魏瑞　Ｗｅｉ　Ｒｕｉ　－一　叩　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　ＯＦＤＭ　Ｓｉｍｕ１ａｔｉＯＤ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｓｉｍｕｌｉｎｋ　的　ｏ　＿Ｔ１　０　通　信　（１．西安电子科技大学，陕西西安７１００７１；２．陕西土里工学院，陕西汉中７２３０００）　（１．Ｘｉｄｉａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａａｎｘｉ　Ｘｉ’ａｎ　７１００７１；２．Ｓｈａａｎｘｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｙ　ｔｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｈａａｎｘｉ　Ｈａｎｚｈｏｎｇ　７２３０００）　统　系　的　仿　摘要：正交频分复用（ＯＦＤＭ）作为一种多载波数字通信方案，是移动通信的核心技术。本文介绍　真　了ＯＦＤＭ基本原理，建立了其通信系统模型，并利用Ｍａｔｌａｂ实现了整个系统的动态仿真。仿真结果表明，该系　统能很好地反映ＯＦＤＭ的性能特点，同时验证了该仿真方法的正确性和可行性。　关键词：ＯＦＤＭ；Ｍａｔｌａｂ；仿真　中图分类号：ＴＮ９１１　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７１—４７９２一（２０１１）６—００４５—０３　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｓ　ａ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ　ｏｆ　ｍｕｌｔｉ—ｃａｒｒｉｅｒ　ｄｉｇｉｔａｌ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，ｏａｈｏｇｏｎａｌ￣ｅｑｕｅｎｃｙ　ｄｉｖｉｓｉｏｎ　ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ　ｆＯＦＤＭ１　ｉｓ　ｔｈｅ　ｃｏｒｅ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ｉｎ　４　Ｇ．Ｔｈｅ　ａｒｔｉｃｌｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ　ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ　ｏｆ　ＯＦＤＭ，ｄｅｖｉｓｅｓ　ａ　ｍｏｄｅｌ　ｏｆ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｓ２￣ｓｔｅｍ　ｏｆ　ＱＦＩ）Ｍ，ａｎｄ　ｉｍｐｌｅｒｒｔｅｎｔｓ３￣ａｙｎａｒｎｉＣ　ｓｉｒｆｕ！ａｉｆＯｎ　ｐ　ｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｂｙ　Ｍａｔｌａｂ．Ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｒｅｓｕｌｔｓ．ｗｅ　ｃａｎ　ｓｅｅ　ｔｈａｔ　ｔｈｉｓ　ｓｙｓｔｅｍ　ｃａｎ　ｒｅｆｌｅｃｔ＂ｔｈｅ。ｐｅｆｆｄｒｍａｎｃｅ　Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ＯＦＤＭ　ｗｅｌ１．ｍｅａｎｗｉｌｅ．　ｈｅ　Ｔｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｃｏｒｒｅｃｔｎｅｓｓ　ａｎｄ　ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ　ｏｆｔｔｉｅ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：０ＦＤＭ：Ｍａｔｌａｂ；Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　０引言　无线信道的一个重要特点是多径传播，它使接　收信号相互重叠，产生码间干扰（ＩＳＩ）。当传输速率　较高时，信号持续时间越短，相应的带宽越宽；若信　号带宽超过信道相关带宽时，信道时间弥散特性将　的若＝　Ｆ　卜子　信ｊ　苴ｃ　Ｔｉ　生　用传笔　屯ｆ　勺多　路ｊ　Ｅ　！ｊ　毒　傅立Ⅱ　卜　窆换　的：　ｉ　：，　趋　度和Ｊｊ　有　很：　ｋ主　ｊ　；Ｕ。　实现《　）Ｉ　ｌＤＭ　系　统　ＯＦ　Ｉ．　０Ｆ　Ｄ～　【，－ｆ　以采　也　可Ｅ　工采用　【威　的ｊ系　笔　宅复杂　：叶　变ｊ奂白　　勺方式　２口里　日～　所　不：　－＿・　对接收信号产生频率选择性衰落。为了解决这个问　题，人们提出了多载波调制（ＭＣＭ）技术。正交频分　复用（ＯＦＤＭ）是一种特殊的多载波调制技术，既被　＿＿＿　＿．　＿．　皿　１）　＿　—　－＿－　ｊ虬　３／　－Ｉ　认具使有为用是抗一多种径调能制力强技术、频，谱也被利认用为率是高一的种优复点用，将方被式广。它泛—　Ｓ　Ｐ｜　——●　１０ＦＩ　＿一呻●－．　｝８／　张　Ｐ　－—＿－．　０『ｆ　－—－＿◆　。　’　’。。●　１　ＵＩ－Ｌ）Ｍ孜不原埋　一融．Ｌ　一㈣）一　一ｎ㈣一ｆ　正交频分复用（ＯＦＤＭ）的基本原理是把高速的　数据流通过串一并变换，分配到传输速率相对较低　图　ＯＦＤＭ系统框图　４５　～　正交多载波调制（ＯＦＤＭ）采用并行传输，　但又不同于传统的并行，是一种高效的数据传　输方式。其基本思想是把高速数据流分散到多个正　交的子载波上传输，从而使子载波上的符号速率大　幅度降低。ＯＦＤＭ允许子载波频谱部分重叠，只要　满足子载波间相互正交则可以从混叠的子载波上分　离出数据信息。由于ＯＦＤＭ允许子载波频谱混迭，　其频谱效率大大提高，因而是一种高效的调制方式。　从时间域看，低速的子数据流的符号周期长，相同的　时延扩展造成的码间干扰比串行小，在采用循　环前缀时，更可完全消除码间干扰的影响；从频率域　看，子信道带宽远小于相关带宽，在每个子信道上的　衰落是平坦的，频率选择性深衰落仅影响系统中的　一个或几个子信道，利用子信道之间的相关信息，可　以恢复受干扰的子信道上的数据，从而有效地使衰　落引起的错误随机化，因而ＯＦＤＭ调制技术可以有　效地对抗多径造成的频率选择性衰落。由于把整个　可利用带宽划分成许多个窄带子信道，因此单个子　信道上的频率响应很平坦。ＯＦＤＭ系统子载波频谱　图如图二所示：　图二ＯＦＤＭ系统子载波频谱图　２　ＯＦＤＭ系统的组成　ＯＦＤＭ通信系统组成框图如图三所示。发送　端，用随机产生的整数作为输入数据即信源，前向纠　４６　错编码采用Ｉ／２卷积编码，编码以后的信号进行交　织以便提高系统的传输性能，然后对此信号进行串　并转换并加入信道估计数据以便接收端能顺利的接　收信号。基带信号调制采用ＱＶＳＫ调制映射并加入　保护间隔，尽量避免有多径传播引起的子载波问的　干扰，最后对此信号进行ＩＦＦＴ变换。信道模型采用　多径衰落的瑞利信道加高斯白噪声信道的合成信道　模型。接收端进行的过程是发送端的逆过程，为了提　高系统的性能加入了均衡模块。　聊腑雕　瑶补高　斯信道　Ｈ’　Ｈ　Ｈ　Ｈ　Ｈ　Ｈ　Ｈ邗　Ｈ　图三ＯＦＤＭ系统组成框图　３　ＯＦＤＭ系统仿真分析　根据上述ＯＦＤＭ系统的组成，利用Ｍａｔｌａｂ仿　真软件搭建ＯＦＤＭ系统的仿真平台，得出了经过信　道前后的功率谱图，如图四所示。仿真结果表明，　ＯＦＤＭ信号经过瑞利多径衰落信道和高斯白噪声　信道后，信噪比略有下降，但从整体上来看还是体现　出了ＯＦＤＭ信号的特征。在不同的调制映射条件下　得到的误码率曲线如图五所示。由图五可见，ＯＦＤＭ　系统的误码率随信噪比的增加而减小，在相同的信　噪比条件下，ＢＰＳＫ的误码率最小，ＱＰＳＫ次之，　１６．ＱＡＭ误码率最大。但是频带利用率１６一ＱＡＭ最　大，ＱＰＳＫ次之，ＢＰＳＫ利用率最小。　……～～～……～～～．　～～～　．．…～～　～．．　．～～…　．．～～　～～一　＾￡士・＝　＝：。：Ｒ　Ｉｌｉ【粥　　蝴　嘲　ｌｌ　｛　．ｊＩ　’　；日通过Ｍ不’口　ａｔｌａｂ软件对ＯＦＤＭ系统的仿真和分析　基　可以看出，ＯＦＤＭ系统具有较好抗多径干扰的特点　和频谱利用率高的特性，同时，还可以看出Ｍａｔｌａｂ　作为一种基于Ｗｉｎｄｏｗｓ平台的对系统进行设计、仿　田　于　王　．－｛　。　，　；　岫　ｌ　；　ＩＩＩ　●ｎ　真和分析的软件工具，其功能的强大性和灵活性。　参考文献　的　ｏ　－Ｔ１　（ａ）经过信道前　０　黼蹬靠础　雠慨　蠢跚凇　鼍孽董　涮拣　枷　蕊　捌　擗删噬囊瓤畹　蕈馨静ｌ　黼　删　；　’””　１’　ｉ　ｌ　ｆ　ｋ　．　Ｉ６Ｉ舢＿　（ｂ）经过信道后　图四ＯＦＤＭ信号的功率谱图　信噪　与误码率的关系　．　＿Ｖ　～　１ｄ’　＼　＼　１　＋、　＼ＱＰ、　ＳＫ　、　、　．　童　ＢＰＳＫ　＼　’　、　等　１　。　专　、ｔ　１　０　２　４　８　８　１０　１２　１４　１６　１８　２０　￥ＮＲ，由　ｒ　图同的调制映射下系统的性能曲线　【１］汪裕民ＯＦＤＭ关键技术与应用［Ｍ］．北京：机　信　通　似上业函腴个上且—　ｎ　．｜．●ｌ　ｔ上　…一　系　［２］欧鑫’二，龚远强，杨完全．基于Ｓｉｕｕ　’　ｍｕｌｉｎｋ的　统　仿　的　ＯＦＤＭ通信系统仿真［Ｊ］．四川大学学报（自然科学　真　版）．　［３］陶玉柱，胡建旺，崔佩璋．基于Ｓｉｍｕｌｉｎｋ的窄　带ＯＦＤＭ系统设计与仿真［Ｊ］．现代电子技术，２０１０，　（１　３）．　【４］宋铁成・正交频分复用（０ＦＤＭ）移动通信系　统关键技术的研究［Ｄ］・南京：东南大学，２ｏ０６・　作者简介　魏瑞（１９８　），女，汉族，陕西省城固县人，讲　师，西安电子科技大学在读研究生，主要从事教学工　作，主要研究方向：通信与信息系统。　．　４７