cofdm系统仿真及其信道与加噪声分析.doc

COFDM 系统仿真及其信道与加噪声分析系统仿真及其信道与加噪声分析一、一、实验目的实验目的掌握 COFDM 系统组成原理；在 MATLAB 软件中 simulink 平台对 COFDM 进行 建模仿真并分析实验结果；对信道模块进行分析并分析加噪声对信噪的影响以 及改进方案二、二、关于关于 COFDMCOFDMCOFDM（Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing，基于编码正 交频分复用） ，是一种多载波数字调制技术，采用正交的个子载波来并行传N输数据，从而使每个子载波上的数据速率降到原来的，因而可以有效地克服1 N 多径衰落虽然 OFDM 的概念已经存在很长时间但是直到最近随着多媒体 业务的发展，它才被人们认识到是一种实现高速双向无线数据通信的优良方法， 目前正受到越来越多的关注 COFDM 是将高速串行数据分成成百上千路并行数据，并分别对不同的载 频进行调制，这种并行传输体制大大扩展了符号的脉冲宽度，提高了抗多径衰 落的性能同时，在传统的频分复用方法中，各子载波之间的频谱互不重叠， 频谱利用率较低采用 COFDM 技术，一个 COFDM 符号之内包括多个经过 调制的子载波的合成信号，每个子载波在频谱上相互重叠，这些频谱在整个符 号周期内满足正交性，因而在接收端可以保证无失真恢复，从而大大提高频谱 利用率。

用表示子信道的个数，表示 OFDM 符号的宽度，NT（）是分配给每个子信道的数据符号，是第个子载波的载id0,1,iN… ,-1cf0波频率，则从开始的 COFDM 符号可以表示为stt 11Rerect/ 2 exp2/0otherNiscs tdttTjfi TtttsttsTs t  式中，，然而在实际仿真时，通常采用复等效基带信号来 rect1t / 2tT描述 COFDM 的输出信号 10rect/ 2 exp/0otherNiss tdttTj i ttTtsttsTs t  一个完整的 OFDM 系统原理如图 1 所示OFDM 的基本思想是将串行数据， 并行地调制在多个正交的子载波上，这样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干扰能力，同时由于每个子载波的正 交性，大大提高了频谱的利用率，所以非常适合移动场合中的高速传输图 A OFDM 系统原理图在发送端，输入的高比特流通过调制映射产生调制信号，经过串并转换变 成 N 条并行的低速子数据流，每 N 个并行数据构成一个 OFDM 符号。

插入导频信 号后经快速傅里叶反变换(IFFT)对每个 OFDM 符号的 N 个数据进行调制，变成时 域信号为：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)(3)然后，在除去 CP 后进行 FFT 解调，同时进行信道估计(依据插入的导频信 号)，接着将信道估计值和 FFT 解调值一同送入检测器进行相干检测，检测出每 个子载波上的信息符号，最后通过反映射及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：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)的傅里叶变换三、三、COFDMCOFDM 实现模型实现模型我们知道利用离散反傅里叶变换(IDFT)或快速反傅里叶变换(IFFT)实现的 OFDM 系统，下图所示从 OFDM 系统的实现模型可以看出，输入已经过调制的复信号经过串／并变 换后，进行 IDFT 或 IFFT 和并／串变换，然后插入保护间隔，再经过数／模变 换后形成 OFDM 调制后的信号 s(t)。

该信号经过信道后，接收到的信号 r(t)经 过模／数变换，去掉保护间隔，以恢复子载波之间的正交性，再经过串／并变 换和 DFT 或 FFT 后，恢复出 OFDM 的调制信号，再经过并／串变换后还原出输入 符号COFDM 是 OFDM 与信道编码技术的结合，加入可变的信道卷积编码方式得到 COFDM 的收发流程图如下：调制解调COFDM 系统收发链路框图由上图可以看出，整个系统的流程为：产生二进制数据 → 经过 RS 编码 → QPSK 调制 → COFDM 系统基带信号调制并加入循环前缀 → 插入保护间隔 → 并/ 串变换 → 多径瑞利衰落信道 → 高斯信道 → 串/ 并变换 → 删除 保护间隔 → COFDM 系统基带信号解调并删除循环前缀 → 进行信道估计 → 进行信道补偿 → 0 删除 → QPSK 解调→ RS 译码 →误码率计算为此，可用 MATLAB 中 simulink 对此系统进行建模，其系统模型如下:其各部分组成以及进行实验操作设置参数如下：Probability of a zero: [0.5]Initial seed: Sample time: 16e-5 / 44 / 2Sample per frame: 44N: 15K:11Output buffer size: 60QPSK Mapping 内部结构图Input type: BitConstellation ordering: GrayPhase offset: pi / 4Gain: 1 / 0.75Training 内部结构图Generator polynomial: [1 0 0 0 0 1 1]Initial states: [0 0 0 0 0 1]Sample time: 16e-5 / 2 / 31Sample per frame: 31M-ary number: 2OFDM Modulator 内部结构图Indices to output: {1:15,16:30}Number of input: 3Number of input: 2Pad signal at: EndPad along: Columns and rowsSpecified number of output rows: 64Input type: MatrixIndex mode: One-basedRows: [16:64,1:15]Twiddle factor computation: Table lookupInput type: MatrixIndex mode: One-basedRows: [39:64,1:64]Training Insertion 内部结构图Select: ColumnsIndices to output: {1,2}Number of input: 2Output signal: Frame-basedP/ S 内部结构图Initial conditions: 0Output: Real and imageMaximum Doppler shift: 50Sample time: 8e-5 / 180Delay vector: [0 3e-6]Gain vector: [0 -8]Initial seed: Initial seed: 32965Mode: Signal to noise ratio ( Es / No )Es / No : 28Input signal power: 30 / ( 5.5e5 * 11 / 15 * 2.4 ) * 1.08Symbol period: 80e-6S/ P 内部结构图Output buffer size: 180Output: Real and imageTraining Separation 内部结构图Indices to output: {91:180,1:90}Number of input: 2OFDM Demodulator 内部结构图Input type: MatrixIndex mode: One-basedRows: [27:90]Twiddle factor computation: Table lookupInput type: MatrixIndex mode: One-basedRows: [50:64,1:16]Output signal: Frame-basedSelect: ColumnsIndices to output: {1,2}Channel Estimator 内部结构图Step time: 16e-5 / 2Sample time: 16e-5 / 2Generator polynomial: [1 0 0 0 0 1 1]Initial states: [0 0 0 0 0 1]Sample time: 16e-5 / 2 / 31Sample per frame: 31M-ary number: 2Function: reciprocalOutput data type mode: Same as first inputRound integer calculations toward: FloorOutput signal: Frame-basedNumber of input: 2Output signal: Frame-basedFunction: reciprocalOutput data type mode: Same as first inputRound integer calculations toward: FloorOutput signal: Frame-basedChannel Compensation 内部结构图Input type: MatrixIndex mode: One-basedRows: [1:15,17:31]Number of input: 2Output signal: Frame-basedRemove Zero 内部结构图Input type: MatrixIndex mode: One-basedRows: [1:15,17:31]QPSK Demapping 内部结构图Gain: 0.75Input type: BitConstellation ordering: GrayPhase offset: pi / 4Function: roundN: 15K:11SER Calculation 内部结构图Input type: BitConstellation ordering: GrayPhase offset: pi / 4Receive delay:22 – before RS encoder30 – after RS encoderBuffer size: 90Buffer overlap: 0Window type: HannFFT length: 1024Number of spectral averages: 16Frequency range: [ -Fs / 2 … Fs / 2]Samples per symbol: 1Point displayed: 100New point per display: 50COFDM 系统各模块结构及参数设置四、四、COFDMCOFDM 仿真结果仿真结果：采用上述系统仿真，设置仿真时间为 0.01999s （1）得到第 500 帧（Frame）时的 COFDM 基带信号波形图：图（5） 发射器输出的 COFDM 基带信号波形图（6） 接收器输出的 COFDM 基带信号波形 （图形上方是实部波形，下方是虚部波形） （2）COFDM 发射机和接收机功率谱密度如下：发射机功率谱密度 接收机功率谱密度由于 COFDM 符号的功率谱密度为个子载波上信号的功率谱密 2S fN度之和  。