基于simulink的ofdm通信系统的仿真

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WORD格式可编辑摘要在无线信道环境中可靠、高速的传输数据是无线通信技术的目标和要求。OFDM技术能够大幅度的提高无线通信系统的信道容量和传输速率,并能有效地抵抗多径衰落、抑制干扰和噪声,有着广阔的应用前景。本文在分析移动无线信道特性的基础上,基于OFDM系统的基本原理,研究了OFDM通信系统中同步实现和基于导频的信道估计问题,分析了几种经典信道估计算法以及相关的关键技术环节。在此基础上,基于Simulink,讨论了如何构建完整的OFDM动态仿真系统,完成Simulink模块设置,确定搭建系统的主要参数,并对主要模块的构建方式进行了说明;就信道编码、多普勒频移及不同调制方式对OFDM系统性能的影响进行了全面的仿真分析和比较;参考COST-207多径信道模型,深入全面研究了瑞利衰落信道对OFDM通信系统性能的影响,对COST-207典型城市模型下OFDM系统性能仿真进行了有益的尝试;首次应用Simulink同时对不同导频方式、不同导频比、不同多普勒频移条件下的OFDM通信系统进行详细仿真分析。研究结果表明,对于应用块状导频的OFDM通信系统,在Eb/N0较小时,加性高斯白噪声对性能起主导作用,Eb/N0较大时,ICI对性能起主导作用,形成了误比特率底限;仿真分析表明,OFDM通信系统采用块状导频方式时,适用的多普勒频移的范围为100Hz以下,对应的移动速度为静止或步行速度或较慢的汽车行驶速度;导频比为1/3或1/4时综合效果较好。对于应用梳状导频的OFDM通信系统,其系统性能不如块状导频,但这种导频插入方式对多普勒频移及时间选择性衰落不敏感,若将梳状导频与其他形式的导频综合使用,可用于改善OFDM通信系统性能,尤其是具有较高相对移动速度的OFDM系统。论文所得结论可为进一步研究提供仿真数据,也可为OFDM系统的仿真与研究提供重要的参考。关键词：OFDM；导频；衰落信道；信道估计；Simulink；多普勒频移；仿真分析专业技术分享 WORD格式可编辑ABSTRACTDatatransmissioninwirelesschannelswithhighspeedandreliabilityisrequiredinwirelesscommunicationtechnology.OFDMtechnologywhichhaswidelyapplicationprospectscannotonlyincreasethetransmissionrateandthecapacityofthewirelesscommunicationsystem,butalsoeffectivelyresistmulti-pathfadingaswellasrestraininterferenceandnoise.Inthispaper,synchronizationandchannelestimationbasedonpilotareresearched;severalclassicchannelestimationalgorithmandrelativekeytechnologyareanalysisedonthebasisofprinciplesofOFDM.Basedonsimulink,howtobuildacompleteOFDMsimulationsystemsisdiscussed;channelcode,DoppleranddifferentkindsofmodulationsinfluenceonOFDMsystemperformanceiscomparedandanalysisedcomprehensively;influenceofRayleighfadingchannelwhichrefertoCOST-207modelisresearched;apositiveattemptonOFDMsystemperformancesimulationismade.ItisthefirsttimeforOFDMcommunicationsystemtobesimulatedandanalysisedindetailunderconditionofdifferentpilotpatterns,differentpilotrateanddifferentDopplerfrequencyshiftatthesametime.Theresearchresultsindicatethat,forOFDMcommunicationsystemusingblock-typepilot,AWGNwillplaytheleadingrolewhenEb/N0issmalleraswellasICIwillplaytheleadingroleandthebottombiterrorisformedwhenEb/N0islarger.ThesimulationanalysisresultsimplythatDopplerfrequencyshiftshouldbesmallerthan100Hz,thecorrespondingmovementspeedshouldbezeroorwalkingpaceorslowdrivingspeedwhenusingblock-typepilotandthepilotrateshouldbe1/3or1/4consideringcomprehensiveperformance.PerformanceofOFDMsystemusingcomb-typepilotisnotgoodasblock-typepilot,however,thecomb-typepilotpatternisinsensitivetoDopplerfrequencyshiftandtimeselectivefading;OFDMsystemperformance,especiallythehighspeedsystem,couldbeimprovedifcomb-typeandotherpatternpilotsusedtogether.专业技术分享 WORD格式可编辑TheconclusioncouldprovidesimulationdataforfurtherresearchandprovidereferenceforOFDMsimulationandresearch.KEYWORDS:OFDM;Pilot;Fadingchannel;ChannelEstimation;Simulink;DopplerFrequencyShift;SimulationAnalysis作者声明专业技术分享 WORD格式可编辑本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作和取得的成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果及专利。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。如本毕业设计（论文）引起的法律结果完全由本人承担。毕业设计（论文）由武汉工程大学邮电与信息工程学院所有。特此声明。作者专业：作者学号：作者签名：____年____月____日　　　　　　　　　　　　　　　目录第一章绪论11.1引言1专业技术分享 WORD格式可编辑1.2研究背景和意义21.2.1OFDM技术发展历史21.2.2OFDM技术应用领域31.2.3OFDM技术的优缺点51.3本文研究内容61.4本章小结7第二章OFDM原理与性能72.1OFDM的基本原理模型82.2OFDM的IFFT/FFT实现112.3添加循环前缀122.4本章小结15第三章OFDM关键技术163.1OFDM同步163.1.1同步误差的产生163.1.2基于PN序列的符号同步173.1.3基于循环前缀的符号同步193.1.4频域同步203.1.5无线信道的时变性以及多普勒频移213.2信道估计223.2.1信道估计的常用方法223.2.2导频形式的选择233.2.3LS信道估计算法243.2.4MMSE信道估计算法263.3本章小结27第四章不同编码及调制方式下OFDM仿真分析284.1仿真软件简介及其在通信领域的应用284.1.1MATLAB/SIMULINK概述284.1.2使用MATLAB/SIMULINK进行通信系统设计29专业技术分享 WORD格式可编辑4.2编码对OFDM系统影响的仿真分析294.2.1OFDM基带系统框图294.2.2仿真分析304.3不同调制方式下OFDM系统仿真分析344.3.1QPSK仿真模型及分析344.3.2BER误差原因分析374.4本章小结38第五章瑞利衰落信道对OFDM系统影响的仿真分析385.1COST-207多径信道模型385.2COST-207典型城市模型下的仿真分析405.3本章小结42第六章导频比对OFDM系统影响的仿真分析436.1导频比(块状导频)对OFDM系统影响的仿真分析436.1.1系统模型436.1.2仿真分析456.2导频比(梳状导频)对OFDM系统影响的仿真分析506.2.1系统模型506.2.2仿真分析526.3本章小结53第七章总结与展望54参考文献56致谢58武汉工程大学邮电与信息工程学院专业技术分享 WORD格式可编辑毕业设计（论文）基于Simulink的OFDM通信系统的仿真SimulationofOFOMcommunicationsystembasedonSimulink学生姓名：雷雨学号：6203130409专业班级：通信1204指导教师：王亮2016年5月2日专业技术分享 WORD格式可编辑第1章绪论1.1引言自1837年最早的通信形式-电报出现以来，通信己经逐渐融入了社会。随着通信技术的不断成熟发展，现代社会也正在高速发展。如今的通信传输方式日新月异，从最初的有线通信到无线通信，再到现在的光纤通信；从最初的电报，到固定电话、计算机网络、再到现在的移动通信；从最初的文本信号通信到语音通信、再到现在的多媒体通信。人们对通信质量的要求也在不断提高。通信正在朝着个性化、全球化、高质量的方向发展。如各种先进技术的结晶-移动通信，使得人们可以随时随地的联系外界、可以连上网络、甚至可以进行可视对话。现代社会是信息社会，人类生活在信息高速公路交织的网络中。随着通信技术的不断发展和成熟，人类社会正在进入一个新的信息化时代，宽带已成为当今通信领域的发展趋势之一。正交频分复用（OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，OFDM）技术作为一种可以有效对抗符号间干扰（InterSymbolInterference，ISI）的高速数据传输技术，已经受到前所未有的重视，对其关键技术的研究也正在紧张的开展。OFDM技术以其优异的性能受到人们的青睐，并在移动通信、数字通信、数字广播等领域得到应用，并已取得可喜的成果。这预示着OFDM良好的发展前景。正交频分复用（OFDM）是一种多载波数字通信调制技术，它的基本思想是将高速传输的数据流通过串并转换，变成在若干个正交的窄带子信道上并行传输的低速数据流。OFDM技术将传送的数据信息分散到每个OFDM子载波上，使得符号周期加长并大于多径时延，从而有效地对抗多径衰落；OFDM技术利用信号的时频正交性，允许子信道频谱有部分重叠，使得频谱利用率提高近一倍[1]专业技术分享 WORD格式可编辑1.2研究背景和意义1.2.1OFDM技术发展历史正交频分复用技术己有近40年的发展历史，其概念最早出现于20世纪50年代中期。60年代，人们对多载波调制（MCM）技术进行了许多理论上的研究，形成了并行数据传输和频分复用的思想。同时，OFDM技术也被应用到美国军用高频通信系统中。1966年，R.W.Chang发表了《Synthesisofband-limitedorthogonalsignalsformultichanneldatatransmission》一文。文中叙述了在线性带宽信道中，无ISI和ICI的同时传输信息的原理。1971年，Weinstein和Ebert提出了将离散傅立叶变换（DFT）引入并行传输系统来实现多载波调制的方法。这样在实际应用中就可以依靠更为方便的快速傅立叶变换（IFFT/FT）来完成OFDM系统的调制和解调功能，无需再使用梳状滤波器，简化了系统结构，使得OFDM技术更趋实用化。但是由于当时受到实时傅立叶变换设备的复杂度、发射机和接收机振荡器的稳定性等相关技术条件的限制，OFDM技术没有得到广泛的应用。另一个重要贡献是Pled和Ruiz在1980年做出的。他们引入了循环前缀（cyclicprefix，CP）这一概念，解决了正交性的问题；没有采用插入保护间隔的办法，相反，用OFDM的循环延伸填充了保护间隔。当CP的时间比信道的脉冲相应时间长时，这样就可以在色散信道上保持正交性。20世纪80年代，人们对多载波调制在高速MODEM、数字移动通信等领域中的应用进行了较为深入的研究。到了90年代，数字信号处理技术和超大规模集成电路的飞速发展，又为OFDM技术的实现扫除了障碍。此时，OFDM技术终于登上了通信的舞台。高速数字信号处理（DSP）芯片的发展，使得OFDM优越性更加突出。DSP与FFT技术的结合，使得OFDM开始迅速发展并被广泛应用。DFT/IDFT、QAM技术、栅格编码技术、软判决技术、信道自适应技术等成熟技术的逐步引入，人们开始集中越来越多的精力开发OFDM技术在移动通信领域的应用。专业技术分享 WORD格式可编辑OFDM的出现己有几十年的历史，但这种多载波传输技术在双向无线数据方面的应用却是近十年来的新趋势。主要应用包括：非对称数字用户环路（ADSL），ETSI标准的音频广播（DAB），数字视频广播（DVB）等。1999年IEEE802.14通过了一个5GHz的无限局域网标准，其中OFDM调制技术被采用成为它的物理层标准。ETSI的宽带射频接入网（BRAN）的局域网标准也把OFDM定位他的调制标准技术[2]。1999年12月，包括Ericsson，Nokia和WLAN在内的7家公司发起了国际OFDM论坛，致力于策划一个基于OFDM技术的全球性单一标准。现在OFDM论坛的成员已增加到46个会员，其中15个为主要会员。我国的信息产业部也参加了OFDM论坛，可见OFDM在无线通信领域的应用在当时已引起国内通信界的重视。2000年11月，OFDM论坛的固定无线接入工作组向IEEE802.16.3的无限城域网委员会提交了一份建议书，提议采用OFDM技术作为IEEE802.16.3城域网的物理层标准，随着802.1la和BRANHyperLAN/2两个标准在局域网中的普及应用，OFDM技术将会进一步在无线数据本地环路的广域网领域做出更大的贡献。人们对通信数据化、宽带化、个人化和移动化的需求日益增长，OFDM技术在综合无线接入领域将得到广泛的应用。此外，还由于其具有高的频谱利用率和良好的抗多径干扰能力，而被看作是第四代移动通信的核心技术之一[3]。1.2.2OFDM技术应用领域1.移动通信领域OFDM技术的数据传输速度相当于GSM（GlobalSystemforMobileCommunication，全球移动通信系统）和CDMA（CodeDivisionMultipleAccess，码分多址）技术标准的10倍。从理论上讲，OFDM技术要优越于当前的全球移动运营商所采用的标准技术。预计第三代以后的移动通信的主流技术将是OFDM技术。但问题是其成本和兼容性等问题与当前技术相比是否具有竞争力。近年来，OFDM开始与CDMA技术相结合，产生了MC-CDMA。该技术除了继承了DS-CDMA的优点外，还具有灵活、容量高、强抗干扰、无需复杂的均衡等优点。专业技术分享 WORD格式可编辑2.数字传输领域OFDM在数字广播领域也有杰出的表现。DAB（DigitalAudioBroadcasting，数字语音广播）／DMB（DigitalMultimediaBroadcasting，数字多媒体广播）具有音质好（CD质量）、可实现多媒体接收、可加密、并可利用卫星大幅度提高广播的覆盖率等优点，是广播事业发展中的一个新的里程碑。采用OFDM技术后，系统发射功率减小、可高速移动接收、频谱利用率高、有很强的抗干扰和在恶劣环境下接收的能力，有效的实现了数据高速可靠的传输。3.计算机网络领域近年来，Internet以惊人的速度发展，Internet的用户众多，分布广泛，传统Modem仅能提供56Kbps的速度，ISDN业务最多也只能提供128Kbps的速度，这些都难以满足Internet飞速发展的需要。宽带技术开始兴起，OFDM则以其良好的性能在该领域得到很好的应用。如已经进入千家万户的ADSL（AsymmetricDigitalSubscriberLoop，非对称数字用户环路）和正在不断升温的VDSL（VeryHighBitRateDigitalSubscriberLoop，甚高速数字用户线路）。VDSL不对称工作时，上行速率为1.6到2.3Mbps，下行速率可高达52Mbps；对称工作时，尚下行速率均可高达26Mbps。ADSL采用不对称工作方式，下行速率8Mbps，远高于ISDN速率；而且上行速率也有1Mbps，传输距离则达到3000m-5000m。在无线局域网领域，IEEE于1999年通过了一个5GHz的无线局域网标准802.1la，其中OFDM调制技术被作为它的物理层标准。802.1la工作于5.15-5.25GHz、5.25-5.35GHz或5.725-5.825GHz频段，能提供的速率有6、12、18、24、36、48和54Mbps，其中必须支持6、12和24Mbps。802.1la使用52个子载波，调制方式有BPSK、QPSK、16QAM及64QAM，采用了编码率为1/2，2/3和3/4的前向纠错编码。ETSI的宽带无线接入网（BRAN）项目HyperLAN2也把OFDM定为它的调制标准技术。在未来的宽带接入系统中，OFDM将是一项基本技术。目前，OFDM在电力线网络领域中也得到了应用。专业技术分享 WORD格式可编辑1.2.3OFDM技术的优缺点OFDM技术主要有如下几个优点：（1）.抗衰落能力强OFDM使用户信息通过多个子载波传输，在每个子载波上的信号时间就相应地比同速率的单载波系统上的信号时间长很多倍，因而对脉冲噪声（Impulsenoise）和信道快衰落的抵抗力更强。同时，通过子载波的联合编码，达到了子信道间的频率分集作用，也增强了对脉冲噪声和信道快衰落的抵抗力。因此，如果衰落不是特别严重，就没有必要再添加时域均衡器。（2）.频率利用率高OFDM采用允许重叠的正交子载波作为子信道，而不是传统的利用保护频带分离子信道的方式，因而提高了频率利用率。（3）.适合高速数据传输首先，OFDM的自适应调制机制使不同的子载波可以根据信道情况和噪音背景的不同使用不同的调制方式：信道条件好时，采用效率高的调制方式；信道条件差时，采用抗干扰能力强的调制方式。另外，OFDM采用的加载算法使系统可以把更多的数据集中放在条件好的信道上以高速率进行传送。因此，OFDM技术非常适合高速数据传输。（4）.抗码间干扰能力强码间干扰是数字通信系统中除噪声干扰之外最主要的干扰，它与加性的噪声干扰不同，是一种乘性的干扰。造成码间干扰的原因有很多，实际上，只要传输信道的频带是有限的，就会造成一定的码间干扰。OFDM由于采用了循环前缀，对抗码间干扰的能力很强。OFDM技术的不足之处包括：（1）.对频偏和相位噪声比较敏感OFDM技术区分各个子信道的方法是利用各个子载波之间严格的正交性。频偏和相位噪声会使各个子载波之间的正交特性恶化，仅仅1%的频偏就会造成信噪比下降30db。因此，OFDM系统对频偏和相位噪声比较敏感。专业技术分享 WORD格式可编辑（2）.峰均值比大导致射频放大器功率效率低与单载波系统相比，由于OFDM信号是由多个独立的经过调制的子载波信号相加而成的，这样的合成信号就有可能产生比较大的峰值功率，也就会带来较大的峰值功率与均值功率之比，简称峰均值比（PAPR）。对于包含Ｎ个子信道的OFDM来说，当N个子信道都以相同的相位求和时，所得到的峰值功率就是均值功率的Ｎ倍，因而基带信号的峰均值比为：PAPR=10lgN例如，在N=256的情况下，OFDM系统的PAPR=2.4db。当然，这是一种非常极端的情况，通常OFDM系统内的峰值不会达到这样高的程度。高峰均值比会增大对射频放大器的要求，导致射频信号放大器的功率效率降低[4]。1.3本文研究内容本文对OFDM通信系统进行了较为全面的仿真分析。主要包括：１．对采用Simulink搭建的仿真系统及主要模块进行了说明；２．对分别采用QPSK，16QAM，64QAM的OFDM系统的性能进行了比较和分析：３．对采用RS编码和未采用编码的OFDM系统的性能进行了比较；４．对采用COST-207多径信道模型及不同多普勒频移的OFDM系统进行了仿真，深入全面研究了瑞利衰落信道对OFDM通信系统性能的影响；５．对采用块状导频的OFDM通信系统进行了仿真分析，对采用不同导频比及不同多普勒频移的系统性能进行了比较和分析，得出了仿真模型下适用的多普勒频移的变化范围及相应的导频比的选择；６．对采用梳状导频的OFDM通信系统进行了仿真分析，对采用不同导频比及不同多普勒频移的系统性能进行了比较和分析，根据仿真结果总结了梳状导频的适用情况，对OFDM系统的导频选择进行了分析和总结。专业技术分享 WORD格式可编辑1.4本章小结正交频分复用（OFDM）是一种多载波数字通信调制技术，它的基本思想是将高速传输的数据流通过串并转换，变成在若干个正交的窄带子信道上并行传输的低速数据流。OFDM技术将传送的数据信息分散到每个子载波上，使得符号周期加长并大于多径时延，从而有效地对抗多径衰落；OFDM技术利用信号的时频正交性，允许子信道频谱有部分重叠，使得频谱利用率提高近一倍。正交频分复用技术其概念最早出现于20世纪50年代中期。60年代形成了并行数据传输和频分复用的思想。离散傅立叶变换（DFT）的引入使实际应用中可以依靠更为方便的快速傅立叶变换（从F1至FT）来完成OFDM系统的调制和解调功能。80年代，人们对多载波调制在高速MODEM、数字移动通信等领域中的应用进行了较为深入的研究。90年代，数字信号处理技术和超大规模集成电路的飞速发展为OFDM技术的实现扫除了障碍。DSP与FFT技术的结合，使得OFDM开始迅速发展并被广泛应用。随着成熟技术的逐步引入，人们开始集中越来越多的精力开发OFDM技术在移动通信领域的应用。人们对通信数据化、宽带化、个人化和移动化的需求日益增长，OFDM技术在综合无线接入领域将得到广泛的应用。此外，还由于其具有高的频谱利用率和良好的抗多径干扰能力，而被看作是第四代移动通信的核心技术之一。OFDM技术应用领域有移动通信领域、数字传输领域、计算机网络领域和电力线网络领域。OFDM技术主要有如下几个优点：抗衰落能力强、频率利用率高、适合高速数据传输和抗码间干扰能力强。OFDM技术的不足之处包括：对频偏和相位噪声比较敏感、峰均值比大导致射频放大器功率效率低、加载算法和自适应调制会增加系统复杂度。在本章的最后，对本文研究内容进行了说明。专业技术分享 WORD格式可编辑第2章OFDM原理与性能OFDM由大量在频率上等间隔的子载波构成（设共有N个载波），各载波可用同一种数字调制方法，或不同的载波使用不同的调制方法，将高速串行数据分成多路并行的低速数据加以调制。所以OFDM实际上是一种并行调制方案，将符号周期延长N倍，从而提高了抗多径衰落的抵抗能力。在传统的频分复用中．备载波的信号频谱互不重叠，频带利用率较低。在OFDM系统中，各于载波在整个符号周期上是正交的．即加于符号周期上的任何两个载被的乘积等于零，因此各于载波信号频谱可以互相重叠，大大提高了频带利用率。由于OFDM系统中的载波数量多达几百上千，所以在实际应用中不可能使用几百个振荡器和锁相环进行调制。因此，Weinstein提出了用离散傅里叶变换DFT）实现OFDM的方法。随着数字信号处理技术（DSP）的飞速发展，采用快速傅里叶变换㈣，利用现有的高速数字信号处理芯片实现OFDM的调制与解调，非常方便，又可大大降低系统成本。2.1OFDM的基本原理模型OFDM的基本原理就是把串行的数据流分解成若干个数据速率低得多的并行子数据流，每个子数据流再去调制相应各个正交的子载波，最后把各个子载波上的信号叠加合成一起输出。OFDM系统的基本原理如图2.1所示：图2.1OFDM系统基本原理模型从上图可以看出：OFDM的发送端的基本原理就是把输入数据经过串并变换成N专业技术分享 WORD格式可编辑路子信道数据，然后分别调制相应各个正交的子载波后叠加合成一起输出。而在接收端则用各个子载波分别混频和积分得到各路数据，经过并串变换便输出原始数据。从上面对OFDM基本原理的论述可以看出：其实现的根本思想是通过串并变换把串行的高速数据流变成并行的低速数据流，实现的关键点是保证各个子载波之间的正交性[5][6]。串并变换是很容易实现的，而正交性是如何实现的呢？下面先看看OFDM信号的表达式。一个OFDM符号之内包括多个经过调制的子载波的合成信号，其中每个子载波信号都可以进行相移键控（PSK）或者正交幅度调制（QAM）。如果N表示子信道的个数，T表示一个OFDM符号的时间宽度，(i=0,1,iN-1)为每个子信道的数据符号，是第0个子载波的载波频率，则。开始的一个已经调制的OFDM符号可表示为：(2-1)然而在多数的文献中，通常采用复等效基带信号来表示OFDM的输出信号，如式(2-2)所示。其中实部和虚部分别对应于OFDM符号的同相和正交分量，在实际中可以分别与相应的子载波的COS分量和SIN分量相乘，再叠加成OFDM信号。（2-2）从式(2.1)和式（2.2）都可以看出，OFDM信号相邻子载波间的间隔为OFDM的码元速率即1/T，这样就有：（2-3）=式（2-3）说明了只要使各个子载波之间的间隔为1/T专业技术分享 WORD格式可编辑就保证了各个子载波之间的正交性。正是这种正交性使频谱互相重叠的各个子载波信号能够被正确的分离出来。比如要解调第j个子载波，根据图2-1及式(2-3)有：=（2-4）==这种正交性在时域的表现就是每个子载波在一个OFDM符号周期内包含整数倍个周期，而且各个相邻子载波之间相差一个周期[7]。如图2.2所示图2.2OFDM信号正交性的时域表现这种正交性也可以从频域得到更直观的体现。因为每个OFDM符号包含了多个非零的子载波，因此其频谱可以看作是周期为T的矩形脉冲的频谱与各个子载波的脉冲响应函数的卷积，图2.3显示了OFDM信号频谱中各个子信道频谱的情况．其中每个子信道的频谱为sinc函数，它在中心频率处有最大值，在1/T的整数倍频率上的值为零[8]。这样，在每个子载波的频谱最大值处所有其他子载波为零，在解调时，需要计算各个于载波频谱的最大值，只要保证各个子载波的频率没有偏移，就可以准确的解调出每个子信道上的数据而不受其他子信道的影响专业技术分享 WORD格式可编辑图2.3从各个子信道频谱看OFDM信号的频谱在OFDM信号频谱中，由于各个子信道频谱相互重叠，OFDM信号的带宽是进行一般频分复用信号带宽的一半．即频谱利用率提高了一倍。这是OFDM给我们带来的最大好处之一[9]。2.2OFDM的IFFT/FFT实现图2-1只是从理论上说明了OFDM系统的基本原理，按图2-1来实现OFDM系统是非常的困难和不可取的。因为当子载波数目多，子载波间隔非常小时，难以实现这么高的频率分辨率，而且解调时每一路子载波都要进行积分，导致系统结构庞大，非常的浪费资源，因此需要寻找一种易于实现的方案[10]。在式（2-2）中．令，对信号s(t)以T/N的速率进行采样．即令(k=0,1,2...N-1)，可以得到：（2-5）可以看到可以看作对进行离散傅立叶反变换IDFT运算。同样在接收端．为了恢复出原始的数据符号，对进行反变换，即进行离散傅立叶变换DFT得到：专业技术分享 WORD格式可编辑（2-6）根据以上的分析可以看出，OFDM系统的调制和解调可以分别由IDFT/DFT完成。通过N点IDFT运算，把频域数据符号变成时域数据符号，经过射频载波调制之后，发送到无线信道中。其中，每一个IDFT输出的数据符号都是由所有子载波信号经过叠加而生成，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。这样通过DFT的方法来实现OFDM有很大的好处，它大大简化了调制解调器的设计，使用IDFT/DFT便可完成了多路子载波的调制和解调，而且IDFT/DFT早就有了成熟的快速算法IFFT/FFT，它可以方便的在DSP芯片中实现。使用IFFT/FFT的OFDM系统基本原理如图2.4所示[11]。图2.4OFDM基本原理的IFFT/FFT实现2.3添加循环前缀应用OFDM的一个最主要原因是它可以有效的对抗多径时延扩展。通过把输入的数据流串并变换到N个并行的子信道中，使得每个用于去调制子载波的数据符号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比值也同样降低N倍。为了最大限度地消除符号间干扰，还可以在每个OFDM符号之间插入保护间隔（guardinterval），而且该保护间隔长度[12]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。在这段保护间隔内，可以不插入任何信号，即是一段空闲的传输时段。然而在这种情况中，由于多径传播的影响，则会产生信道间干扰（ICI），即子载波之间的正交性遭到破坏，不同的子载波之间产生干扰[13]。这种效应可见图2.5。由于每个OFDM符号中都包括所有的非零子载波信号，而且也同时会出现该OFDM专业技术分享 WORD格式可编辑符号的时延信号，因此图2.5中给出了第一子载波和第二子载波的延时信号。从图中可以看到，由于在FFT运算时间长度内，第一子载波与带有时延的第二载波之间的周期个数之差不是整数，所以当接收机试图对第一于载波进行解调时．第二子载波会对此造成干扰。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。为了消除由于多径所造成的ICI，OFDM符号需要在其保护间隔内填入循环前缀信号，见图2.6这样就可以保证在FFT周期内，OFDM符号的时延副本内所包吉的波形的周期个数也是整数[14]。这样，时延小于保护间隔的时延信号就不会在解调过程中产生ICI。图2.5由于多径时延的影响，插入保护间隔造成的对于载波之间的干扰专业技术分享 WORD格式可编辑图2.6OFDM符号的循环前缀当子载波个数比较大时，OFDM的符号周期Ｔ相对于信道的脉冲响应长度很大，则符号间干扰（ISI）的影响很小；而如果相邻OFDM符号之间的保护间隔满足。的要求，则可以完全克服ISI的影响[15]。同时为了保持子载波之间的正交性，该保护间隔必须是循环前缀，即将每个OFDM符号的后时间中的样点复制到OFDM符号的前面形成前缀，此时OFDM的符号周期为：（2-7）保护间隔的离散长度，即样点个数为：（2-8）包含保护间隔、功率归一化的OFDM的抽样序列{x}为:（2-9）经过信道和加性白高斯噪声的作用后的接收信号为：（2-10）接收信号经过A/D变换后得到的接收序列，为对专业技术分享 WORD格式可编辑按T/N的抽样速率得到的数字抽样。ISI只会对接收序列的前个样点形成干扰，因此将前个样点去掉，就可完全消除ISI的影响[16]。数据流经过串并变换实现了把串行数据流变换成N个并行数据流（N为OFDM系统的子载波个数）后，进行N点的IFFT变换，从而在基带上实现把N个并行数据调制到N个并行的正交子载波上，为了最大程度的消除码间串扰（ISI）和信道间干扰（ICI），在每个OFDM数据符号前面添加了长度为N。的循环前缀(CP)[17]，最后经过并串变换和D/A变换发送到信道中。2.4本章小结OFDM的发送端的基本原理就是把输入数据经过串并变换成N路子信道数据，然后分别调制相应各个正交的子载波后叠加合成一起输出。其实现的根本思想是通过串并变换把串行的高速数据流变成并行的低速数据流，实现的关键点是保证各个子载波之间的正交性。OFDM系统的调制和解调可以分别由IDFT/DFT完成。通过N点IDFT运算，把频域数据符号变成时域数据符号，经过射频载波调制之后，发送到无线信道中。为了消除由于多径所造成的ICI，OFDM符号需要在其保护间隔内填入循环前缀信号，这样就可以保证在ＦＦＴ周期内，OFDM符号的时延副本内所包含的波形的周期个数也是整数。这样，时延小于保护间隔的时延信号就不会在解调过程中产生ICI。当子载波个数比较大时，OFDM的符号周期Ｔ相对于信道的脉冲响应长度很大，则符号间干扰(ISI)的影响很小；而如果相邻OFDM符号之间的保护间隔满足的要求，则可以完全克服ISI的影响。同时为了保持子载波之间的正交性，该保护间隔必须是循环前缀，即将每个OFDM符号的后时间中的样点复制到OFDM符号的前面形成前缀。专业技术分享 WORD格式可编辑第3章ＯＦＤＭ关键技术3.1OFDM同步OFDM传输系统可以有效的对抗多径传播，并且其信号处理过程并不复杂，但是，若OFDM系统要在频率选择性衰弱信道下获得到较好的性能，解调系统必须有一个近乎完美的同步。由于OFDM使用许多正交的子载波，时间或者频率的失步不仅影响本采样点的振幅和相位，而且使载波间失去正交性，产生载波间干扰，使得前后采样点都受到干扰。因此与单载波通信系统相比，多载波通信系统需要更为精确的同步[18]。．3.1.1同步误差的产生同步误差是由于接收机对于发射机的未知性造成的，总的说来分为时间同步和频率同步。由于发射信号到达时间的未知性产生了符号定时误差。OFDM的基带信号:（3-1）其中表示第j个符号的第k个载波上的调制数据，表示第j个符号的第n个采样点。加上保护间隔得到基带信号：（3-2）=第j个符号的接收信号可以表示为：（3-3）其中表示第k个载波的信道响应，表示符号定时误差，专业技术分享 WORD格式可编辑表示采样误差，表示频率误差，,,分别表示有效数据符号长度，采样间隔和整个符号长度（包括保护间隔）。接收机首先去掉符号中的保护间隔，然后将信号送入FFT，经过FFT第j个符号的第k个载波的解调数据可以表示如下:（3-4）这里k表示载波间干扰（ICI），表示噪声[19]。我们首先分析符号同步。符号同步是接收机解调的第一步，其作用是判定符号的起始位置，只有得到了正确的符号起始位置接收机才能正确解调信号。符号同步误差是指符号估计位置和正确位置的误差，表现为载波相位的改变，在第k个载波相位改变如下：（3-5）我们可以发现相位改变值与载波位置成正比。3.1.2基于ＰＮ序列的符号同步使用PN序列的OFDM传输系统符号结构需要在帧的开头插入训练符号，因此基于PN序列OFDM传输系统不仅适合连续数据的传输，同样也适合突发数据的传输。训练符号有两种组成方式，一种是直接在时域插入PN序列形成训练符号，这种方法的优点是实现简单；另一种方法是在频域插入PN序列形成训练符号，这种方法的优点是有利于均衡和频偏估计。下面简单介绍两种PN序列结构。对于一个OFDM系统，假设发射信号，通过高斯信道，接收信号可以表示为：（3-6）第一种PN序列结构，如图3.1所示，其符号长度与数据符号长度相同为N，分为前后两部分，后一部分是前一部分的简单重复，也可以用以下方法产生。在一个长度为Ｎ的符号的偶数位置插入PN序列，在其奇数位置插入零，经过IFFT专业技术分享 WORD格式可编辑就可以得到所需要的训练符号。图3.1PN序列结构为了得到符号同步我们可以将前后半个符号共扼相乘并且累加，这样将在正确的符号同步位置产生一个尖锐的相关峰。我们使用以下量度来搜索这一峰值。其中：（3-7）这种方法在高信噪比下可以得到很好的性能，但是在条件恶劣多径的情况下，尤其当信噪比降低时，其相关峰将会在顶峰处出现一段平坡，使得峰值模糊，从而造成符号同步估计误差。为了改善顶峰处平坡的量度，第二种PN序列结构使用四段长度相同的PN序列，前两段完全相同，后两段是前两端的相反数，其总长度依然与数据符号长度相同为Ｎ，结构见下图：图3.2PN序列结构其中B由长度为N/4的PN序列经过IFFT得到，我们使用如下的量度搜索符号同步：其中：专业技术分享 WORD格式可编辑（3-8）其峰值由于引进了两段PN序列的相反数使得在正确的符号同步位置出现峰值，其两侧的累加值迅速下降，避免了平坡的出现，使得符号同步估计的正确性大大提高。与其他一些符号同步结构相比，使用PN序列进行符号同步具有速度快，精度高的特点，这就使得无线移动接收成为可能（例如WLAN）。但是训练符号的插入必然使频率利用率降低，这就使这种方法在高速率通信系统中的应用受到限制。3.1.3基于循环前缀的符号同步基于循环前缀同步完全利用一个符号的循环前缀部分与末尾部分的相关性在时域进行相关运算得到。设一个符号周期内有用信号长度为N，循环前缀为L，且最大时延小于循环前缀的时间，同时要求数据的随机性良好，连续符号不相关否则误同步概率增加。当起始位置落在循环前缀内时，信号是以N为周期进行周期扩展，令接收信号为，计算与的差，如果n取值使得起始位置在理想同步范围内，则，进行求和运算得：（3-9）显然有，令同步时对应的时刻为，时刻就是时域同步需要找到的一个符号的起始同步位置，是以为周期取到的最小值。令，正确同步概率可以用概率分布函数表示：越小，正确同步概率越大[20]。专业技术分享 WORD格式可编辑3.1.4频域同步OFDM传输对载波频率偏差（CFO）非常敏感，由于OFDM系统采用分块传输，其传输信号为时域受限信号，与其相对应的子载波的频谱在频域内无限扩展。若时域为矩形窗，则频谱为Sinc函数，并且各子载波的频谱互相交叉重叠。在没有频率偏差的情况下，频率间的正交性得以维持。若接收信号与传输信号之间存在频率偏移，则破坏了子载频间的正交性，从而降低了子载波上有用信号的幅度。而子载波上损失的能量作为干扰信号泄漏到其它子载波。下面就来分析多径衰落信道下载波偏移对OFDM系统性能的影响[21]。若接收端与发射端没有完全同步，则本地载波与信号载波间有一频率偏差,归一化为，接收端的输入信号经解调后为：（3-10）其中（3-11）（3-12）设传输数据的均值为0且统计独立，则有用信号的能量与ICI信号的能量比为：（3-13）式（3-13）是归一化频率的函数，系统对频偏非常敏感，要保持CIR大于20db，系统频偏不得大于5%。根据上面的分析，OFDM传输对载波频偏很敏感，因此对频率同步的研究也非常多。一类是利用导频信号或训练序列完成OFDM载波同步，这种方法性能好，但会造成带宽和功率的损失。另一类是盲估计专业技术分享 WORD格式可编辑方法，其中最简单的是直接判决，它利用解调后信元速率数据检测相位或频率误差，因此估计的范围不超过信元速率的1/2。3.1.5无线信道的时变性以及多普勒频移当移动台在运动中进行通信时，接收信号的频率会发生变化，称为多普勒效应，这是任何波动过程都具有的特性。以可见光为例，假设一个发光物体在远处以固定的频率发出光波，我们可以接收到的频率应该是与物体发出的频率相同。现在假定该物体开始向我们运动，但光源发出第二个波峰时，它距我们的距离应该要比发出第一个波峰的时候要近，这样第二个波峰达到我们的时间要小于第一个波峰到达我们的时间，因此这两个波峰到达我们的时间间隔变小了，与此相应我们接收到的频率就会增加。相反，当发光物体远离我们而去的时候，我们接收到的频率就要减小，这就是多普勒效应的原理。在天体物理学中，天文学家利用多普勒效应可以判断出其它星系的恒星都在远离我们而去，从而得出宇宙是在不断膨胀的结论。这种称为多普勒效应的频率和速度的关系是我们日常熟悉的，例如我们在路边听消防车警报的声音：当消防车行驶方向靠近我们时，其警报音调变高（对应频率增加）；而当消防车行驶方向远离我们时，警报音调又会变低（对应频率降低）。信道的时变性是指信道的传递函数是随时间而变化的，即在不同的时刻发送相同的信号，在接收端收到的信号是不相同的。时变性在移动通信系统中的具体体现之一就是多普勒频移，即单一频率信号经过时变衰落信道之后会呈现为具有一定带宽和频率包络的信号，这又可以称为信道的频率弥散性（frequencydispersion）.多普勒效应所引起的附加频率偏移可以称为多普勒频移（DopplerFrequencyShift），可以用下式表示：（3-14）其中表示载波频率，表示光速，表示最大多普勒频移，表示移动台的运动速度。可以看到，多普勒频移与载波频率和移动台运动速度成正比。从时域来看，与多普勒频移相关的另一个概念就是相干时间，即：专业技术分享 WORD格式可编辑(3-15)相干时间是信道冲激响应维持不变的时间间隔的统计平均值。换句话说，相干时间就是指一段时间间隔，在此间隔内，两个到达信号有很强的幅度相关性。如果基带信号带宽的导数大于无线信道的相干时间，那么信号的波形就可能会发生变化，造成信号的畸变，产生快衰落；反之则认为是慢衰落[22]。3.2信道估计调制分为连续调制和差分调制，采用差分调制时，无需进行信道估计，因为信道信息己包含在相邻符号之差中了。差分调制是通信系统常用的技术，因为它不需要用信道估计器，从而简化了接收机的复杂度，但它有两点缺点：其一，它使噪声有3db的增强；其二，它无法利用频带利用率高的多电平调制技术。而连续调制则允许使用任何的信号星座。在无线环境中，连续调制因为具有效率高的特点而更受关注，当采用连续调制就必需进行信道估计。因此，OFDM系统的信道估计算法的性能以及复杂度而成为研究的热点。3.2.1信道估计的常用方法OFDM系统中接收器收到的信号可表示为：(3-16)其中为发送数据序列，为信道脉冲响应序列，为高斯白噪声序列，假设为理想同步，删除CP后的接收信号经FFT解调输出为：(3-17)和专业技术分享 WORD格式可编辑分别是数据信号序列和导频信号序列，可见慢时变信道对信号的影响只是乘上信道在该子载波频率处的响应，并加上高斯白噪声；若能较为精确地估计出信道响应，对接收信号进行均衡，就可得到准确的解调信号。在OFDM系统中，信道估计器的设计主要面临两个问题。其一是关于导频信息（PilotInformation）的选择：其二是关于如何设计出有较低的复杂度又有良好的导频跟踪能力的信道估计器。OFDM信道估计算法包括两部分：导频信道估计和信道内插。导频信道估计是指在接收端去根据收到的信息和已知导频来估计导频点的信道传递函数，常用的导频信道估计算法包括最小二乘法（LS），最小均方误差法（MMSE）和反馈估计法。信道内插是指根据导频估计得到的信道传递函数进行内插，得到有效频带内各频点的信道传递函数[23]。3.2.2导频形式的选择信道估计需要导频信息作为参考，由于无线信号常常在时变衰落信道中传送，需要不断对信道进行跟踪，因此导频信息也必须不断地传送。决定导频形式的最重要的参数是最小相关时间（取决于发射机与接收机的最大相对速度）以及最小相关带宽（取决于信道最大多径时延）。导频要放置的尽可能近，从而能够反映信道传递函数在时域和频域的变化，又要放置的尽可能远，从而能够提高系统的利用率，提高传输速率。实际系统中导频形式就是以上两个因素的折衷。实际传输的信道特性通常是不知道的，为了使信道估计简单和很强的适应能力，要考虑多普勒频移和信道最大时延处于最坏的情况，插入足够的导频以便跟上时频的变化。因此导频间隔由整个系统的多普勒频移和功率延迟谱决定，另外，还要考虑硬件性能的变化如振荡频率的漂移和相位噪声。常用的导频形式有以下几种：专业技术分享 WORD格式可编辑图3.3常用的几种导频形式图3.3（a）是梳状的导频形式[24]，导频信号均匀地分布于每个OFDM符号内，即每个符号具有相同的导频信号，假如这两种导频形式的有效载荷相同，梳状的导频形式有较高的重复传输率，在一个OFDM符号内，只有一些子载波包含有导频信号，数据信息信道响应的估计可以通过相邻导频子载波获得。因而，它适合于快衰落信道。这种形式相对于块状的导频形式来说对频率选择性衰落是敏感的，也就是说导频信号的在频率方向上的间隔应比信道的相关带宽小得多。图3-3（b）是块状的导频形式，在某一特定的OFDM符号内全是导频信号，导频信号是周期性发送的，这种形式特别适合于慢衰落信道，因为在某一个符号内的子载波全都是导频，信道内插不需在频率方向上进行，相对于频率选择性衰落不敏感。图3-3（c）是矩形导频形式，导频信号均匀的分布于时间和频率两个方向上，它比前两种形式可用较少的导频数，并且具有较好的性能，它能更好的跟踪信道的变化。如将以上几种方式混合使用，可以达到更好的效果。3.2.3LS信道估计算法设信道响应为，初始信号和接受到的信号分别为，，则：(3-18)其时域对应关系为：，频域相应的对应关系为：。信道估计即要求出信道响应或。假定是观察样本，它包含了有用信号以及干扰信号，其中是被估计的随机参量。假设得到的观测样本是：,其中是从(1,T)时间区间对观测样本采样得到的。所以我们要做的就是根据采用某种估计准则对进行估计的问题。专业技术分享 WORD格式可编辑假定是矢量，每次观测满足，进行M次观测，如果M次观测中随机矢量的值不变。为观测矩阵，，则是矩阵；是噪声。由得，LS估计的代价函数为：=（3-19）将上式中每一项展开：(3-20)可以得到：(3-21)LS估计就是要使得以上估计最小。下面我们来求出这个值。首先，求上式左端的偏导数。（3-22）令上式等于零，得到(3-23)专业技术分享 WORD格式可编辑当存在逆矩阵时，则(3-24)可见最小二乘估计，，只需要知道观测方程的观测矩阵，不需要其它的先验信息，比如待定的参数，观测的噪声，以及观测样本的其它统计特性，这就是最小二乘估计最大的优势。也是它得到广泛应用最大的原因。LS准则的目标是使式（3-19）最小，在频域高斯独立子信道的假定之下，LS估计就可以简单的表示成除法，LS准则的信道估计为：(3-25)由上面的分析可得LS准则估计得到的信道响应为：(3-26)由此得到信道估计得期望值为：(3-27)可见LS为无偏估计[25]。（3-28）3.2.4MMSE信道估计算法假设表示信道实际值，带尖角的表示信道估计值。那么误差为：(3-29)其MSE为：(3-30)MMSE准则的目标是使均方差最小，其中，为专业技术分享 WORD格式可编辑DFT变换矩阵，。得到MMSE的估计值为[26]：（3-31）（3-32）MMSE估计是在均方误差（MSE）最小准则意义上的最佳滤波器，要求二阶统计，但不要求详细的分布。但是一般的无线信道中关于信道信息的二阶统计一般是未知的，特别是在比较复杂的应用环境中信道可能随时都在变化要得到准确的信道统计知是很困难的，因此它的应用也有一定的难度。3.3本章小结若OFDM系统要在频率选择性衰弱信道下获得到较好的性能，解调系统必须有一个近乎完美的同步。OFDM传输对载波频率偏差（CFO）非常敏感，在没有频率偏差的情况下，频率间的正交性得以维持。若接收信号与传输信号之间存在频率偏移，则破坏了子载频间的正交性，从而降低了子载波上有用信号的幅度。OFDM信道估计算法包括两部分：导频信道估计和信道内插。常用的导频信道估计算法包括最小二乘法（LS），最小均方误差法（MMSE）和反馈估计法。常用的导频形式有梳状的导频形式，块状的导频形式和矩形导频形式。梳状导频形式：导频信号均匀地分布于每个OFDM符号内，即每个符号具有相同的导频信号，它适合于快衰落信道，但对频率选择性衰落敏感。块状导频形式：在某一特定的OFDM符号内全是导频信号，这种形式特别适合于慢衰落信道，对于频率选择性衰落不敏感。矩形导频形式：导频信号均匀的分布于时间和频率两个方向上，它比前两种形式可用较少的导频数，并且具有较好的性能，它能更好的跟踪信道的变化。MMSE估计是在均方误差（MSE）最小准则意义上的最佳滤波器。一般的无线信道中关于信道信息的二阶统计知识一般是未知的，特别是在比较复杂的应用环境中信道可能随时都在变化。要得到准确的信道统计知识是很困难的，因此它的复杂度高。LS估计复杂度低，实现简单，但性能不如MMSE估计。专业技术分享 WORD格式可编辑第4章不同编码及调制方式下OFDM仿真分析4.1仿真软件简介及其在通信领域的应用4.1.1MATLAB/SIMULINK概述MATLAB是Mathworks公司推出的一套高性能数值计算软件。MATLAB是矩阵实验室（MartixLaboratory）之意。MATLAB除具备卓越的数值计算能力外，它还提供了专业水平的符号计算、文字处理、可视化建模仿真和实时控制等功能。MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达方式与数学、工程中常用的形式十分相似，因此用MATLAB来解算问题要比C、FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多[27]。MATLAB在数学计算以外的其他科学计算与工程领域的应用也是越来越广，并且有着更广阔的应用前景和无穷无尽的潜能。它可以将使用者从繁琐的底层编程中解放出来，这样无疑会提高工作效率。MATLAB的一大特点是提供了很多专用的工具箱和模块库，例如通信工具箱和模块库、数字信号处理工具箱和模块库、控制工具箱和模块库等，MATLAB在这些工具箱和模块库中提供了很多常用的函数和模块，使得仿真更容易实现[28]。目前，MATLAB的功能越来越强大，控制、科学绘图、通信仿真等领域将继续保持其独一无二的地位[29]。不断适应新的要求提出新的解决方法。可以预见，MATLAB在科学计算、自动Simulink是MATLAB软件组的一个工具箱，结合了框图界面和交互仿真能力的非线性动态系统仿真工具，以MATLAB的核心数学、图形和语言为基础。可以用来对动态系统进行建模、仿真和分析，它提供了一种图形化的交互环境，可以和MATLAB无缝连接，使得用户可以利用MATLAB丰富的资源，建立仿真模型，监控仿真结果。总体而言，Simulink的特点包括：基于矩阵的数值计算、图形与可视化、工具箱提供了面向具体应用领域的功能以及开放与可扩展的体系结构等[30]。4.1.2使用MATLAB/SIMULINK进行通信系统设计在通信领域MATLAB专业技术分享 WORD格式可编辑拥有明显的优势，因为通信领域中许多问题是研究系统性能的，传统的方法只有构建一个实验系统，采用各种仪器进行测量得到所需的数据，这样不仅花费大量的资金用于实验系统的构建，而且实验周期长，系统参数的调整也十分困难。而MATLAB的出现使得通信系统的仿真能够用计算机模拟实现，操作十分方便，之需要输入不同的参数就能得到不同情况下系统的性能，而且在结果的观测和数据的存储方面也比传统的方式有很多优势，因而MATLAB在通信系统仿真领域得到了越来越多的应用。作为Simulink建模系统的补充，MathWorks公司开发了专用功能块程序包，如CommunicationBlockset和等。通过使用Simulink、Blockset，用户可以快速、准确地仿真系统中的每一部分行为，包括通信协议和同步循环，信道特性等[31]。4.2编码对OFDM系统影响的仿真分析4.2.1OFDM基带系统框图为了在后面对具体的不同条件下的OFDM系统进行动态仿真，我们首先根据前面章节介绍的OFDM系统的基本原理、关键技术等知识，按照前面所述的系统仿真设计自上而下的策略，给出OFDM系统的整体性结构框图。系统框图中的每一部分的仿真模型都可以通过Simulink的子系统模型来建立，即在Simulink中选择相应的模块封装成相应的子系统，这样的设计为仿真时对系统进行分析、调试和诊断等提供了很大的方便。仿真模型是建立在基带传输的基础上的，这是因为载波传输系统可以进行低通等效，图4.1所示为OFDM基带系统框图。专业技术分享 WORD格式可编辑图4.1OFDM基带系统框图在Simulink仿真模型中，省略了D/A和A/D转换。又由于可将信源设为基于帧（frame-based）的形式，且瑞利衰落信道模块在Simulink较新版本中仅接受帧数据（在Simulink5.0等较早版本中，此模块接受标量值输入），基于以上两点，在仿真模型中也省略了串并转换等过程。4.2.2仿真分析图4.2所示为OFDM系统的仿真模型，图中的OFDM信号模块及信道估计子系统没有展开，具体的仿真模型在后面会具体介绍。信源采用伯努利二进制信号发生器；系统流程如下：二进制数据产生RS编码二进制数据映射为十六进制16QAM调制加入导频变换加循环前缀瑞利衰落信道加性高斯白噪声信道移除循环前缀信道估计16QAM解调十六进制映射为二进制RS解码误比特率计算。专业技术分享 WORD格式可编辑图4.2调制方式为16QAM的OFDM系统的仿真模型其中模块设置及主要参数如下：伯努利信号发生器模块：随机产生0,1信号，出现机率均为50%。RS编码模块：采用（15,11）编码。二进制转换模块：4位二进制转换为一位十六进制。16QAM模块：将星座图设为方形或圆形。选用圆形时，将星座图设为：（4-1）此时星座图与16PSK相同。平均功率选择1W。选择方形时，直接在Simulink调制模块中选择即可。导频产生模块：导频由PN序列发生器产生，经过单级双极转换，产生只包含1和-1的伪随机序列。如图4.3所示。专业技术分享 WORD格式可编辑图4.3导频产生模块内部结构图OFDM信号模块：64个子载波，选取CP=T/4，即CP=16。仿真模型中IFFT与FFT均为64点，为方便比较，在IFFT与FFT之前均未进行归一化。如需归一化只需分别乘以和除以8。即。如图4.4所示。图4.4OFDM信号模块内部结构图瑞利衰落信道模块：将多普勒频移设为200Hz，2径，时延分别为0,3s。延迟寻找模块：显示输入输出信号间的延迟，为正确建模提供参考。信道估计模块：采用LS算法（详见3.2.3节），先比较导频进过传输前后的幅度及相位变化，得到信道响应，取信道响应的倒数，与接收信号相乘，得到估计值。将导频产生部分与图4.3进行比较，可以看出，只要将这两部分的PN序列发生器的频率和生成多项式应用相同设置，即可保证产生相同序列。如图4.5,4.6所示（分别对应图4.2中ChannelEstimation模块和ChannelCompensation模块）。图4.5中的输入1即为经过分离的导频信号。图4.5信道估计模块内部结构图专业技术分享 WORD格式可编辑图4.6信道补偿模块内部结构图经过Simulink仿真，图4.2所示的仿真模型得到结果如图4.7所示。图中四条线分别表示星座图为方形和圆形的16QAM在RS编码前后的误码率曲线。根据图4-7可以看出：１．在时，曲线下降趋缓；２．经过RS编码误码率明显降低，时，方形星座图16QAM比未经过编码的情况下降低约9.4dB，圆形星座图16QAM比未经过编码的情况下降低约6.1dB；３．方形星座图的性能好于圆形，最多达6.7dB，这主要是因为平均功率相等的情况下，方形16QAM相邻信号距离超过圆形16QAM（与16PSK相同）3.37dB；４．若进行归一化处理（限于篇幅，图省略），情况如下：时曲线下降趋缓；时为方形星座图，16QAM编码前后误比特率约为0.007338和0.0008299，圆形星座图16QAM编码前后误比特率约为0.01594和0.003912，与下图对比可以发现，虽然误比特率有不同程度的降低，但上述提到编码与图形对比分别为9.4dB、6.1dB和6.7dB仍然保持不变。专业技术分享 WORD格式可编辑图4.7经过16QAM调制的OFDM信号误码率曲线4.3不同调制方式下OFDM系统仿真分析4.3.1QPSK仿真模型及分析OFDM系统常用的调制方式有QPSK,16QAM，64QAM等，下面对这几种调制方式进行仿真，仿真模型如图4.8所示。专业技术分享 WORD格式可编辑图4.8调制方式为QPSK的OFDM系统的仿真模型图4.8为调制方式为QPSK的仿真图，16QAM与64QAM的仿真图参见图4.2。其中模块设置及主要参数如下（仅列出与图4.2的主要区别，其他设置及参数参考4-2节）：伯努利信号发生器模块：为便于比较，系统中保持传码率不变，而三种调试方式的不同使得相应的伯努利信号发生器的频率发生改变，QPSK与16QAM，64QAM相比频率降低。二进制RS编码模块：QPSK调制时，伯努利信号发生器频率降低，由于仍为（15,11）编码，理论上每帧二进制数为11的倍数即可，但由于此模块（图中BinaryInputRSEncoder模块）具有内部结构，用Simulink的LookUnderMask功能可查看到其中经过了转为整数，RS编码，转为二进制数等过程（如图4.9所示），在（15,11）编码的情况下，每帧频率必须为44的倍数才能使仿真程序正常运行并得到正确的结果。专业技术分享 WORD格式可编辑图4.9BinaryInputRSEncoder模块内部结构QPSK模块：由Simulink的Discrete-TimeScatterPlotScope模块可查看这几种调制方式下的星座图，如图4.10所示。由图可知．三种调制方式平均功率均为1。在16QAM或64QAM模块中，选择AveragePower=1Watt即可。图4.10QPSK,16QAM和64QAM星座图经过Simulink仿真，图4.8所示的仿真模型得到结果如图4.11所示。图中三条线分别表示在QPSK，16QAM，64QAM三种不同调制方式下误比特率曲线。根据图4.11可以得出：1.曲线在的时候下降较快，时变化不明显：2.相同码元速率和相同情况下，QPSK误比特率最低，性能最好，其次是16QAM，64QAM3.由于在相同传码率时，64QAM信息传输速率最高，16QAM次之，QPSK最低，所以在实际传输中，应当在信道增益高时选择高阶调制，信道增益低时选择低阶调制。专业技术分享 WORD格式可编辑图4.11三种调试方式下OFDM仿真分析4.3.2BER误差原因分析如图4.11所示，QPSK曲线在时出现了一些不规则的波动，在的个别小区间内出现了BER随增大的情况。这主要是此时已经不是误比特率变化的主要因素，实际上即使在的情况下，与相比BER降低幅度也在5%以下；造成不规则的波动的原因有以下几点：首先，偶然因素在低BER的情况下产生了更大的影响：当BER为数量级时，百万位数据产生的错误也只有不到一百个，这时候2-3个错误都会对结果产生可见的影响；其次，仿真时间的影响：因为时间有限，不可能将仿真时间设为无限大，过长的时间也是不允许的，相对短的仿真时间也导致了结果的偶然性；最后，软件自身的原因：MATLAB仿真时所用的初始种子（InitialSeed）实际上产生的是伪随机数，即当初始种子相同而其他条件不变时，产生的总是同一个结果。专业技术分享 WORD格式可编辑４．４本章小结Simulink是MATLAB软件组的一个工具箱，结合了框图界面和交互仿真能力的非线性动态系统仿真工具，以MATLAB的核心数学、图形和语言为基础。可以用来对动态系统进行建模、仿真和分析，它提供了一种图形化的交互环境，可以和MATLAB无缝连接，使得用户可以利用MATLAB丰富的资源，建立仿真模型，监控仿真结果。总体而言，Simulink的特点包括：基于矩阵的数值计算、图形与可视化、工具箱提供了面向具体应用领域的功能以及开放与可扩展的体系结构等。作为Simulink建模系统的补充，MathWorks公司开发了专用功能块程序包，如CommunicationBlockset和DSPBlockset等。通过使用Simulink、Blockset，用户可以快速、准确地仿真系统中的每一部分行为，包括通信协议和同步循环，信道特性等。本章讨论了如何构建完整的OFDM动态仿真系统，完成Simulink模块设置，给出了OFDM仿真系统框图，确定搭建系统的主要参数，并对主要模块的构建方式进行了说明；就信道编码及不同调制方式对OFDM系统性能的影响进行了全面的仿真分析和比较，对误比特率产生的不规则波动进行了分析。第5章瑞利衰落信道对OFDM系统影响的仿真分析5.1COST-207多径信道模型COST-207模型中规定了4个不同的多普勒频谱。首先定义（5-1）然后定义下面的类型：（1）CLASS是经典多普勒谱，用于多径时延不超过500ns的情况。（5-2）（2）GAUS1是两个高斯函数的和，用于多径时延500ns-2000ns专业技术分享 WORD格式可编辑的情况，其中比小10dB。（5-3）（3）GAUS2是两个高斯函数的和，用于多径时延超过2000ns的情况，其中比小10dB。（5-4）(4)RICE是经典多普勒谱与最短路径的反射路径的合成。（5-5）描述多径信号的功率分布另一个方法就是采用功率时延谱（PDP），它表述了不同多径时延下，多径功率的取值。COST-207模型中给出了四种典型环境下的PDP或抽头权重和多普勒频谱。它给出的PDP已被在法国、英国、荷兰、瑞典和瑞士进行的大量实验测量所评估。这四种典型环境是：乡村地区（RA）、典型市区（TU）、恶劣市区（BU）、山区地形（HT）。COST-207建议的多普勒谱的形式如表5-11到5-4所示。表5-1（没有山坡）乡村地区（RA）的参数抽头号延迟/s功率/dB多普勒频移10-0RICE20.2-2CLASS30.4-10CLASS40.6-20CLASS表5-2（没有山坡）典型市区（TU）的参数表抽头号延迟/s功率/dB多普勒频移10-3CLASS20.20CLASS30.6-2GAUS141.6-6GAUS152.4-8GAUS265.0-10GAUS2专业技术分享 WORD格式可编辑表5-3（有山坡的）恶劣市区（BU）的参数抽头号延迟/s功率/dB多普勒频移10-3CLASS20.40CLASS31.0-3GAUS141.6-5GAUS155.0-2GAUS266.6-4GAUS2表5-4山区地形（HT）的参数抽头号延迟/s功率/dB多普勒频移100CLASS20.2-2CLASS30.4-4GAUS140.6-7GAUS1515-6GAUS2617.2-12GAUS2下面进行的仿真就是按照上述的COST-207多径信道模型标准进行参数设置。5.2COST-207典型城市模型下的仿真分析仿真采用的调制方式为16QAM，仿真模型参考图4.2。不同之处有以下几点：固定为5dB；瑞利衰落信道为六径，参数选择参照表5-2。专业技术分享 WORD格式可编辑图5.1多普勒频移对OFDM系统的影响仿真结果如图5.1所示。由于仿真参考的COST-207模型为实际模型，在IFFT/FFT前进行归一化处理。在仿真过程中，可以观察到随着多普勒频移的增加误比特率增大，多普勒频移等于20Hz（相当于使用2GHz频段，移动速度10.8km/h）与200Hz（相当于使用2GHz频段，移动速度108km/h）时，BER相差约7.8dB。仿真过程中观察到频率响应与脉冲响应如图5.2与5.3所示。专业技术分享 WORD格式可编辑图5.2仿真某时刻的信道频率响应图5.3仿真某时刻的信道脉冲响应5.3本章小结描述多径信号的功率分布另一个方法就是采用功率时延谱（PDP），它表述了不同多径时延下，多径功率的取值。COST-207模型中给出了四种典型环境下的PDP或抽头权重和多普勒频谱。它给出的PDP专业技术分享 WORD格式可编辑已被在法国、英国、荷兰、瑞典和瑞士进行的大量实验测量所评估。这四种典型环境是：乡村地区（RA）、典型市区（TU）、恶劣市区（BU）、山区地形（HT）。参考COST-207多径信道模型中的典型城市模型，深入全面研究了瑞利衰落信道对OFDM通信系统性能的影响，对影响系统性能的因素进行了分析，根据仿真结果得出不同多普勒频移时OFDM系统性能比较图，对COST-207典型城市模型下OFDM系统性能仿真进行了有益的尝试。第6章导频比对OFDM系统影响的仿真分析6.1导频比（块状导频）对OFDM系统影响的仿真分析6.1.1系统模型导频比．（PilotRatio）是指导频个数与总的OFDM子载波个数之比，简称PR。PR太小会严重影响信道估计效果，PR过大又会降低传输效率，实际应用中的导频比需要对上述两者有全面的考虑，达到综合性能最佳。本节对OFDM系统中使用块状导频的情况进行了仿真分析。其中模块设置及主要参数如下（仅列出与图4.2的主要区别，其他设置及参数参考4.2节）：导频产生模块：将导频频率降低，PR=1/4与PR=1/2时比较，导频数减少为PR=1/2的一半，相应的频率降低一半。OFDM信号模块：由于PR值的变化，导致模块结构相对复杂，如图6.1所示。可与图4.4进行对比。专业技术分享 WORD格式可编辑图6.1OFDM信号模块内部结构图（PR=1/4）信道补偿模块：由得到的信道估计对信号进行补偿，图6.2所示为PR=1/3的情况，其他模块也要随着PR的变化而重新设置参数或调整模型，在此不再赘述。图6.2信道补偿模块内部结构图（PR=1/3）专业技术分享 WORD格式可编辑6.1.2仿真分析以下就PR对OFDM系统的影响进行仿真分析。与之前进行的仿真分析不同，本次仿真分析的变量有两个，分别是导频比（PR）和多普勒额移（DFS，DopplerFrequencyShift）。其中导频比选择了PR=1/2，PR=1/3，PR=1/4三种情况，多普勒频移选择了10Hz，50Hz，100Hz，200Hz四种情况。如图6.3至图6.6所示。图6.3不同导频比条件下的系统性能（DFS=10Hz）专业技术分享 WORD格式可编辑图6.4导频比条件下的系统性能（DFS=50Hz）图6.5不同导频比条件下的系统性能（DFS=100Hz）专业技术分享 WORD格式可编辑图6.6不同导频比条件下的系统性能（DFS=200Hz）由以上四图，可以得出：1．当PR减小时，即在传输速率不变的情况下导频个数变少，误比特率迅速增加；2．当多普勒频移增加时，误比特率也随之增加；3．在较小时，加性高斯白噪声对性能起主导作用，以至于ICI(InterChannelInterference，子载波间干扰）造成的噪声没什么影响。但当较大时，ICI对性能起主导作用，形成了误比特率底限，此时增大几乎不降低误比特率；4．当多普勒频移为10Hz时，按照所用频率为2GHz计算，由公式（2.24）可以得出相对移动速度为1.5m/s（5.4km/h），这大概相当于步行速度。在这种情况下，PR值在分别等于1/2,1/3,1/4时，分别在约10dB,15dB,20dB时迅速下降至；5．当多普勒频移为50Hz时，可以计算出相对移动速度为7.5m/s（27km/h），这大概相当于较慢的汽车行驶速度。在的情况下，PR为1/2专业技术分享 WORD格式可编辑和1/3时，BER分别小于和，而PR=1/4时，性能稍差；6．当多普勒频移为100Hz时，可以计算出相对移动速度为15m/s（54km/h），考虑到所用模型为COST-207典型城市模型，这大概相当于城市内较快第六章导频比对OFDM系统影响的仿真分析的汽车行驶速度。此时仅PR=1/2时误比特率数量级为（在的情况下）；7．当多普勒频移为200Hz时，可以计算出相对移动速度为30m/s（108km/h），考虑城市的一般情况，相对移动速度在绝大部分情况下都不会超过此值。此时通信系统性能较差：8．考虑到PR=1/2时传输效率太低，剔除PR=1/2后可以得出，这种导频方式允许的相对移动速度为静止或步行或较慢的汽车行驶速度。且PR=1/3或PR=1/4时的综合性能较好；9．系统抗多径衰落能力较强，这点可以从多普勒频移较小的图6.3得出，这是因为块状导频在频域上连续，对频率选择性衰落不敏感。同时可通过与多普勒频移较大的图6.6进行比较得出，多普勒频移对采用块状导频的OFDM通信系统影响较大，多普勒频移较大时需采取其他的编码或同步等技术来提高系统性能。这是因为块状导频在时域上不连续，因此对时间选择性衰落较敏感；10．对于多普勒频移对OFDM通信系统的影响，可从图6.7和图6.8更明显的看出，图6.7所示为PR=1/3时，多普勒频移的变化对系统性能的影响：图6.8所示为保持不变时，多普勒频移的变化对系统性能的影响。采用的数据为6.3至6.6图中曲线所用数据转换坐标系后的综合（为便于比较，图6.8加入DFS=300Hz时的仿真数据）。可以看出，当多普勒频移增加时，系统性能迅速恶化。专业技术分享 WORD格式可编辑图6.7不同多普勒频移下的OFDM系统性能(PR=1/3)图6.8不同多普勒频移下的OFDM系统性能()专业技术分享 WORD格式可编辑6.2导频比（梳状导频）对OFDM系统影响的仿真分析6.2.1系统模型上一节讨论了OFDM通信系统采用块状导频的情况，得出了块状导频在频域上连续，因此对多普勒频移及时间选择性衰落较敏感的结论。与此相对应，梳状导频在频域上不连续而时域上连续，应该具有的性质是对多普勒频移及时间选择性衰落不敏感，下面就多普勒频移对采用梳状导频的OFDM通信系统性能的影响进行分析。系统仿真图参考图4.2，下面仅列出与图4.2差别较大的两个模块。下图为OFDM信号模块内部结构图，其中输入1为导频信号，输入2为待传输信号，1和2交替输入VertCat模块以达到梳状导频形式要求（见图3.3a）。此时导频比为1/4，随着导频比的变化，此模块也要有相应的变化。图6.9OFDM信号模块内部结构图专业技术分享 WORD格式可编辑信道补偿模块内部结构图如图6-10所示。插值采用线性插值法，利用前后相邻的2个导频子载波的信道响应，来线性地计算出处于它们之间的数据子载波上的信道响应。对于第k个子载波，采用线性插值算法，其信道的频域响应为：=（6-1）式中，L为导频子载波之间的距离，m为导频的相对位置。图6.10信道补偿模块内部结构图其中Constant模块为常数矩阵，此模块内容为信道估计线性插值算法的相对应系数，当导频个数为M传输数据个数为N时，此矩阵与输入矩阵相乘（上图MatrixMultiply模块），即可得到对应于传输数据的信道估计系数向量，此向量与输入1一一对应相乘，即可得到估计值。如当PR=1/2，输入矩阵：（6-2）专业技术分享 WORD格式可编辑即可。当元素较多时，可利用上式类似Toeplitz矩阵的性质，采用Toeplitz模块进行输入。如图6.11所示，这种情况下只需输入2个向量就可以代替矩阵。对应式（6-2），输入和即可。图6.11采用Toeplitz模块的信道补偿模块6.2.2仿真分析仿真采用导频比为1/2，1/3，1/4三种情况对采用梳状导频的OFDM通信系统进行仿真分析，其中多普勒频移变化范围为50Hz-650Hz。每50Hz进行一次仿真，如图6.12所示。图6.12多普勒频移对采用梳状导频的OFDM系统性能的影响专业技术分享 WORD格式可编辑由上图可以得出：１．采用梳状导频的OFDM通信系统在多普勒频移大范围变化的情况下，误比特率保持较稳定的状态。PR为1/3和1/4时，变化范围在1dB以内，变化最大的时候（PR=1/2）也仅为2.7dB。证明了本节开头关于梳状导频对多普勒频移及时间选择性衰落不敏感的推论。将图6.12与图6.8进行比较可看出两种导频形式对多普勒频移的敏感程度的不同；２．当PR减小时，即在传输速率不变的情况下导频个数变少，误比特率迅速增加；３．在802.16m中明确提出支持的移动速度为350km/h，这大概相当于现阶段我国高速铁路的最高运行速度。按照所用频率为20Hz计算，由公式（3-14）可以得出其对应的多普勒频移约为648Hz。由图可知，此时系统性能并未明显恶化；４．采用梳状导频的OFDM通信系统性能不如采用块状导频的OFDM通信系统性能，但其对多普勒频移及时间选择性衰落不敏感的性质值得深入研究，若将梳状导频与其他形式的导频综合使用，可用于改善OFDM通信系统性能，尤其是具有较高相对移动速度的OFDM系统。6.3本章小结导频比（PilotRatio）是指导频个数与总的OFDM子载波个数之比，简称PR。PR太小会严重影响信道估计效果，PR过大又会降低传输效率，实际应用中的导频比需要对上述两者有全面的考虑，达到综合性能最佳。本节对OFDM系统中使用块状导频的情况进行了仿真分析。首次提出，应用Simulink同时对不同导频方式、不同导频比、不同多普勒频移条件下的OFDM通信系统进行详细仿真分析。研究结果表明，对于应用块状导频的OFDM通信系统，在较小时，加性高斯白噪声对性能起主导作用，较大时，ICI对性能起主导作用，形成了误比特率底限；仿真分析表明，符合搭建模型的OFDM通信系统采用块状导频方式时，适用的移动速度为静止或步行速度或较慢的汽车行驶速度；导频比为专业技术分享 WORD格式可编辑1/3或1/4时综合效果较好。对于应用梳状导频的OFDM通信系统，其系统性能不如块状导频，但这种导频插入方式对多普勒频移及时间选择性衰落不敏感，若将梳状导频与其他形式的导频综合使用，可用于改善OFDM通信系统性能，尤其是具有较高相对移动速度的OFDM系统。论文所得结论可为进一步研究提供仿真数据，也可为OFDM系统的仿真与研究提供重要的参考。第7章总结与展望OFDM是一种能够对抗由多径衰落信道造成的符号间干扰的有效技术，它可在频率选择性衰落信道中实现高速率的无线通信。第三代移动通信系统已经进入试商用阶段，第四代移动通信系统已处于研究和试验阶段。OFDM技术作为一种高效的调制技术，将成为第四代移动通信系统的关键技术之一。仿真分析是研究OFDM系统的重要方法，开展这方面的研究具有很强的理论和现实意义。本文基于Simulink，讨论了如何构建完整的OFDM动态仿真系统，完成Simulink模块设置，确定搭建系统的主要参数，并对主要模块的构建方式进行了说明；就信道编码、多普勒频移及不同调制方式对OFDM系统性能的影响进行了全面的仿真分析和比较；参考COST-207多径信道模型，深入全面研究了瑞利衰落信道对OFDM通信系统性能的影响，对COST-207典型城市模型下OFDM系统性能仿真进行了有益的尝试；首次应用simulink同时对不同导频方式、不同导频比、不同多普勒频移条件下的OFDM通信系统进行详细仿真分析。研究结果表明，对于应用块状导频的OFDM通信系统，在较小时，加性高斯白噪声对性能起主导作用，较大时，ICI对性能起主导作用，形成了误比特率底限：仿真分析表明，OFDM通信系统采用块状导频方式时，适用的多普勒频移的范围为100Hz以下，对应的移动速度为静止或步行速度或较慢的汽车行驶速度；导频比为1/3或1/4时综合效果较好。对于应用梳状导频的OFDM通信系统，其系统性能不如块状导频，但这种导频插入方式对多普勒频移及时间选择性衰落不敏感，若将梳状导频与其他形式的导频综合使用，可用于改善OFDM通信系统性能，尤其是具有较高相对移动速度的OFDM系统。专业技术分享 WORD格式可编辑课题的仿真分析工作只是在关系OFDM系统性能的关键因素方面进行了有益的探索与尝试。在未来无线OFDM系统的仿真分析与研究工作中还可以开展下面几方面的工作：（１）基于块状导频结构的OFDM通信系统性能较好，但对多普勒频移变化较为敏感，基于梳状导频结构OFDM通信系统性能不如块状导频，但对多普勒频移变化不敏感，以上两种导频方式频谱利用率都不高，下一步研究可采用矩形或六边形等频谱利用率较高且综合块状导频与梳状导频优点的导频方式对OFDM进行仿真：（２）无线OFDM系统中存在着许多关键技术，诸如降低峰均比，OFDM多址接入方式以及OFDM系统中的动态子载波、比特功率分配技术的综合考虑。通对这些关键技术的仿真分析与研究，选择最佳模式，达到OFDM系统的最佳性能；（３）本文中采用的信道估计算法为LS算法，这是一种复杂度较低且较易实现的信道估计算法，其缺点是综合性能较差。在以后的仿真分析研究中，可采用MMSE算法，ML算法等较为复杂的信道估计算法，这样可以提高OFDM系统性能，较低误比特率，且更为贴近实际的应用情况。由于时间和水平的限制，本文只涉及了基于Simulink仿真分析中的一小部分，且作了很多的前提假设，如采用特定衰落信道模型等。因此，与本课题相关的许多内容有待于进一步分析与研究，如在不同衰落信道模型或更为复杂的信道估计算法及导频形式的情况下的仿真分析。总之，随着第四代移动通信系统的发展，OFDM技术必将成为新一代无线移动通信的核心技术。而OFDM系统仿真分析由于其关键作用将获得更为广泛的关注和深入的发展。专业技术分享 WORD格式可编辑参考文献[1]彭木根,王文博.下一代宽带无线通信系统-OFDM与WiMAX[M].北京:机械工业出版社,2007.46~53．[2]JohnGP.DigitalCommunicationFourthEdition[M].USA:McGray-Hill，2001.[3]佟学俭,OFDM移动通信技术原理[M].北京:人民邮电出版社,2003.[4]谭泽富,聂翔飞,王海宝,OFDM的关键技术及应用[M].成都:西南交通大学出版社,2005.10~12.[5]B.RSaltzberg.Performanceofanefficientparalleldatatransmissionsystem[M].IEEETransCommun,1967.805-811.[6]APeled,A.RuizFrequencydomaindatatransmissionusingreducedcomputationalcomplexityalgorithms[M].Proc.IEEEInt.Conf.AcoustSpeedSignalProcessing,Denver,1980.964~967.[7]郭梯云,邬国扬,李建东,移动通信[M].西安:西安电子科技大学出版社,2005.77-83.[8]张德纯,现代通信理论与技术导论[M].西安:西安电子科技大学出版社,2004.[9]ThedoreS.Rappaport.无线通信原理与应用[M].北京:电子工业出版社,1999.[10]樊昌信，张甫翊，徐炳祥等，通信原理[M].北京:国防工业出版社,2001.[11]丁玉美,高西全,数字信号处理[M].西安:西安电子科技大学出版社,200168~79.[12]J.J.vandeBeek,M.Sandell.EstimationoftimeandfrequencyoffsetinOFDMsystem[M].IEEETrans.SingalProcessing,1997.45:1807~1811.[13]DUCNGUYENV,KUCHENBECKERHP.Intercarrierandinter-symbolinterferenceanalysisofOFDMsystemsontime-varyingchannels[M].SignalProcessingAdvancesinWirelessCommunication,SPAWC2003.4thIEEE,2003.140~144.[14]伊长川,罗涛,乐光新,多载波宽带无线通信技术[M].北京:北京邮电大学出版社,2004.[15]J.D.Gibson.TheMobileCommunicationHandbook[M].London:CRCPress,1999.[16]T.S.Rappaport.WirelessCommunicationPrinciplesandPractice[M].Piscataway,NJ:IEEEPress,1996.[17]尹长川,罗涛,正交频分复用技术[J].中兴通讯技术,2003,2:46~47.[18]傅延增,张海林,王育民,正交频分复用中的符号同步技术[M].西安电子科技大学学报,2000(3).[19]路震,OFDM无线传输中的同步技术[D].西安:西安电子科技大学，2004.[20]涂秀梅,OFDM系统的研究与应用[D].南京:南京理工大学，2003．[21]吴杰,OFDM的频率同步与自适应传输[D].西安:西安电子科技大学，2007.[22]佟学俭,正交频分复用（OFDM）通信系统若干关键技术的研究[D].北京:北京邮电大学,2001．[23]刘辉,李国庆,基于OFDM的无线宽带网络设计与优化[D].西安:专业技术分享 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