matlab課程設計電子工藝與電子技術基于simulink的ofdm系統仿真分析(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 的 FDMA 提高了頻 帶利用率。 在 OFDM 傳播過程中，高速信息數據流通過串并變換，分配到速率相對較低的若干子信道中傳輸，每個子信道中的符號周期相對增加，這樣可減少因無線信道多徑時延擴展所產生的時間彌散性對系統造成的碼間干擾。另外，由于引入保護間隔，在保護間隔大于最大多徑時延擴展的情況下，可以最大限度地消除多徑帶來的符號間干擾。如果用循環前綴作為保護間隔，還可避免多徑帶來的信道間干擾。 在過去的頻分復用 (FDM)系統中，整個帶寬分成 N 個子頻帶，子頻帶之間不重疊，為了避免子頻帶間相互干擾，頻帶間通常加保護帶寬，但這會使 頻譜利用 6 率下降。為了克服這個缺點， OFDM 采用 N 個重疊的子頻帶，子頻帶間正交，因而在接收端無需分離頻譜就可將信號接收下來。 OFDM 系統的一個主要優點是正交的子載波可以利用快速傅利葉變換（ FFT/IFFT）實現調制和解調。對于 N點的 IFFT 運算，需要實施 N2 次復數乘法，而采用常見的基于 2 的 IFFT 算法，其復數乘法僅為（ N/2） log2N，可顯著降低運算復雜度。 在 OFDM 系統的發射端加入保護間隔，主要是為了消除多徑所造成的 ISI。其方法是在 OFDM 符號保護間隔內填入循環前綴，以保證在 FFT 周期內 OFDM符號的時延副本內包含的波形周期個數也是整數。這樣，時延小于保護間隔的信號就不會在解調過程中產生 ISI。 正交調制解調框圖 u 首先讓我們來看看正交調制的系統框 圖： 首先碼元速率為 T，比特速率是 Ts，因為串并變換的關系，所以 T=NTs。在上圖中，正交關系就表現在調制信號 pi(t)和解調信號 qi(t)的關系上。必須如下式這樣正確的選擇 pi(t)和 qi(t)，才能滿足正交調制的條件。 0,0( ) ( ) {sTmnm n m n C m np t q t d t C????? δ （ ） 我們在 OFDM 系統，為了做到子載波之 間的正交性，往往選擇 ( ) ( )iip t q t和 為正余弦信號： 22( ) ( )mnj f t j f tmp t e t e?????n和 q。這樣 ( ) ( )iip t q t和 明顯能夠滿足公式圖 21 7 (): 22 0,0{mnTj f t j f t mnC m nee??? ???? （ ） 但 nf 必須滿足關系： 00/ / , 0 , 1nf f n T f n NT m n N? ? ? ? ? ? ?。那么發送信號 s(t)可以表示為 1 20( ) ( )nN j f tns t d n e???? ?，其中 ( ) ( ) * ( )nd n d t g t? 。接收端解調后各子載波信號為： 11 222000011( ) ( ) ( ) tssn m snmNN jN T N Tj f t j f t N Tnnssd m d n e e d t d n e d tN T N T??? ???????????? () 從式子 可以看到，第 m 個子載波解調后可以正確的得出期望符號 d(m),而對于其他子載波來說，由于在積分間隔內，頻率偏差是 1/NTs 的整數倍，所以積分為 0. 基于 FFT 的 OFDM 系統組成 為了簡化實現的復雜性，減小設備體積，利用傅氏變換 (DFT)和快速傅氏變換 (FFT)對于并行數據進行調制、解調，降低了系統實現的復雜性。用 FFT 實現 OFDM已付諸實施。目前的技術可達到實現上千路的 FFT 計算。 上圖是基于 FFT 的 OFDM 系統組成框圖。 OFDM 單個頻譜是一個非帶限的 Sa(x)函數，用 DFT 調制、解調并行數據，即用高效的 FFT 實現傳輸和接收，將 DFT運算量從 N2 降為 NlbN。 N 為信道數目。由圖可知，輸入的高速串行數據先行進行串并變換，以 x 比特分組成復數， x 的大小取決于對應的副載波的星座圖，如圖 22 8 16QAM 中的 x=4。復數通 過快速傅氏反變換 (IFFT)以基帶形式被調制，再變換為串行數據傳輸。插入保護間隔的目的是避免多經失真產生的碼間串擾 ISI。最后經 D/A 變換、低通濾波 (LPF)、上變頻送入信道。 接收端完成與發射端相反的處理，可用均衡器校正信道的失真，均衡濾波器的抽頭系數可根據信道信息來計算。 并行數據序列 d0 ， d1 .…， dN1 中的每個 dn 是一個復數 n n nd a jb?? ，經過傅氏反變換后得到復數 D=( 0 1 N1D , D , D… ， ),即 N 1 N 1 j ( 2 ) j ( 2 n m /N )N 1 n nD = d e d e mt??? nπ fπn = 0 n = 0 （ m=0， 1，…， 1） 式中， /( )。nmf n N t t m t??Δ Δ， Δ t 是數據序列 dn 任選的碼元寬度。矢量 D的實數部分為 ( c o s 2 s in 2 )nm n n m n mY a f t b f t??? π π（ m=0,1,…， N1） 若在時間間隔Δ t 內通過低通濾波器，得到的信號十分接近頻分復用信號 10( ) ( c o s 2 s in 2 )Nn n n nny t a f t b f t????? π π（ 0≤ t≤ NΔ t） 適當選擇載波間隔，是 OFDM 信號的頻譜是平坦的，且能保證子信道間的正交性。 9 第 3 章 OFDM 系統的仿真 仿真軟件 Simulink 介紹 Simulink 是 MATLAB 最重要的組件之一，它提供一個動態系統建模、仿真和綜合分析的集成環境。在該環境中，無需大量書寫程序，而只需要通過簡單直觀的鼠標操作，就可構造出復雜的系統。 Simulink 具有適應面廣、 結構和流程清晰及仿真精細、貼近實際、效率高、靈活等優點，并基于以上優點 Simulink 已被廣泛應用于控制理論和數字信號處理的復雜仿真和設計。同時有大量的 第三方軟件 和硬件可應用于或被要求應用于 Simulink。 Simulink 是 MATLAB 中的一種可視化仿真工具， 是一種基于 MATLAB 的框圖設計環境，是實現動態系統建模、仿真和分析的一個軟件包，被廣泛應用于線性系統、非 線性系統、數字控制及數字信號處理的建模和仿真中。 Simulink 可以用連續采樣時間、離散采樣時間或兩種混合的采樣時間進行建模，它也支持多速率系統，也就是系統中的不同部分具有不同的采樣速率。為了創建動態系統模型，Simulink 提供了一個建立模型方塊圖的圖形用戶接口 (GUI) ，這個創建過程只需單擊和拖動鼠標操作就能完成，它提供了一種更快捷、直接明了的方式，而且用戶可以立即看到系統的仿真結果。 Simulinkamp。reg。是用于動態系統和嵌入式系統的多領域仿真和基于模型的設計工具。對各種時變系統，包括通訊 、控制、信號處理、視頻處理和圖像處理系統， Simulink 提供了交互式圖形化環境和可定制模塊庫來對其進行設計、仿真、執行和測試。 . 構架在 Simulink 基礎之上的其他產品擴展了 Simulink 多領域建模功能，也提供了用于設計、執行、驗證和確認任務的相應工具。 Simulink 與 MATLABamp。reg。 緊密集成，可以直接訪問 MATLAB 大量的工具來進行算法研發、仿真的分析和可視化、批處理 腳 本 的創建、建模環境的定制以及信號參數和測試數據的定義。 系統框架 OFDM 系統組成框圖如下圖所示。其中，上半部 分對應于發射機鏈路，下半 10 部分對應于接收機鏈路，整個系統包含信道編 /解碼、數字