matlab课程设计电子工艺与电子技术基于simulink的ofdm系统仿真分析

matlab课程设计电子工艺与电子技术基于simulink的ofdm系统仿真分析内容摘要：

的 FDMA 提高了频 带利用率。 在 OFDM 传播过程中，高速信息数据流通过串并变换，分配到速率相对较低的若干子信道中传输，每个子信道中的符号周期相对增加，这样可减少因无线信道多径时延扩展所产生的时间弥散性对系统造成的码间干扰。 另外，由于引入保护间隔，在保护间隔大于最大多径时延扩展的情况下，可以最大限度地消除多径带来的符号间干扰。 如果用循环前缀作为保护间隔，还可避免多径带来的信道间干扰。 在过去的频分复用 (FDM)系统中，整个带宽分成 N 个子频带，子频带之间不重叠，为了避免子频带间相互干扰，频带间通常加保护带宽，但这会使 频谱利用 6 率下降。 为了克服这个缺点， OFDM 采用 N 个重叠的子频带，子频带间正交，因而在接收端无需分离频谱就可将信号接收下来。 OFDM 系统的一个主要优点是正交的子载波可以利用快速傅利叶变换（ FFT/IFFT）实现调制和解调。 对于 N点的 IFFT 运算，需要实施 N2 次复数乘法，而采用常见的基于 2 的 IFFT 算法，其复数乘法仅为（ N/2） log2N，可显著降低运算复杂度。 在 OFDM 系统的发射端加入保护间隔，主要是为了消除多径所造成的 ISI。 其方法是在 OFDM 符号保护间隔内填入循环前缀，以保证在 FFT 周期内 OFDM符号的时延副本内包含的波形周期个数也是整数。 这样，时延小于保护间隔的信号就不会在解调过程中产生 ISI。 正交调制解调框图 u 首先让我们来看看正交调制的系统框 图： 首先码元速率为 T，比特速率是 Ts，因为串并变换的关系，所以 T=NTs。 在上图中，正交关系就表现在调制信号 pi(t)和解调信号 qi(t)的关系上。 必须如下式这样正确的选择 pi(t)和 qi(t)，才能满足正交调制的条件。 0,0( ) ( ) {sTmnm n m n C m np t q t d t C δ （ ） 我们在 OFDM 系统，为了做到子载波之 间的正交性，往往选择 ( ) ( )iip t q t和 为正余弦信号： 22( ) ( )mnj f t j f tmp t e t en和 q。 这样 ( ) ( )iip t q t和 明显能够满足公式图 21 7 (): 22 0,0{mnTj f t j f t mnC m nee  （ ） 但 nf 必须满足关系： 00/ / , 0 , 1nf f n T f n NT m n N      。 那么发送信号 s(t)可以表示为 1 20( ) ( )nN j f tns t d n e ，其中 ( ) ( ) * ( )nd n d t g t。 接收端解调后各子载波信号为： 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  () 从式子 可以看到，第 m 个子载波解调后可以正确的得出期望符号 d(m),而对于其他子载波来说，由于在积分间隔内，频率偏差是 1/NTs 的整数倍，所以积分为 0. 基于 FFT 的 OFDM 系统组成 为了简化实现的复杂性，减小设备体积，利用傅氏变换 (DFT)和快速傅氏变换 (FFT)对于并行数据进行调制、解调，降低了系统实现的复杂性。 用 FFT 实现 OFDM已付诸实施。 目前的技术可达到实现上千路的 FFT 计算。 上图是基于 FFT 的 OFDM 系统组成框图。 OFDM 单个频谱是一个非带限的 Sa(x)函数，用 DFT 调制、解调并行数据，即用高效的 FFT 实现传输和接收，将 DFT运算量从 N2 降为 NlbN。 N 为信道数目。 由图可知，输入的高速串行数据先行进行串并变换，以 x 比特分组成复数， x 的大小取决于对应的副载波的星座图，如图 22 8 16QAM 中的 x=4。 复数通 过快速傅氏反变换 (IFFT)以基带形式被调制，再变换为串行数据传输。 插入保护间隔的目的是避免多经失真产生的码间串扰 ISI。 最后经 D/A 变换、低通滤波 (LPF)、上变频送入信道。 接收端完成与发射端相反的处理，可用均衡器校正信道的失真，均衡滤波器的抽头系数可根据信道信息来计算。 并行数据序列 d0 ， d1 .…， dN1 中的每个 dn 是一个复数 n n nd a jb ，经过傅氏反变换后得到复数 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 是数据序列 dn 任选的码元宽度。 矢量 D的实数部分为 ( 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） 若在时间间隔Δ t 内通过低通滤波器，得到的信号十分接近频分复用信号 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） 适当选择载波间隔，是 OFDM 信号的频谱是平坦的，且能保证子信道间的正交性。 9 第 3 章 OFDM 系统的仿真 仿真软件 Simulink 介绍 Simulink 是 MATLAB 最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。 在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。 Simulink 具有适应面广、 结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点，并基于以上优点 Simulink 已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。 同时有大量的 第三方软件 和硬件可应用于或被要求应用于 Simulink。 Simulink 是 MATLAB 中的一种可视化仿真工具， 是一种基于 MATLAB 的框图设计环境，是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包，被广泛应用于线性系统、非 线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。 Simulink 可以用连续采样时间、离散采样时间或两种混合的采样时间进行建模，它也支持多速率系统，也就是系统中的不同部分具有不同的采样速率。 为了创建动态系统模型，Simulink 提供了一个建立模型方块图的图形用户接口 (GUI) ，这个创建过程只需单击和拖动鼠标操作就能完成，它提供了一种更快捷、直接明了的方式，而且用户可以立即看到系统的仿真结果。 Simulinkamp。 reg。 是用于动态系统和嵌入式系统的多领域仿真和基于模型的设计工具。 对各种时变系统，包括通讯 、控制、信号处理、视频处理和图像处理系统， Simulink 提供了交互式图形化环境和可定制模块库来对其进行设计、仿真、执行和测试。 . 构架在 Simulink 基础之上的其他产品扩展了 Simulink 多领域建模功能，也提供了用于设计、执行、验证和确认任务的相应工具。 Simulink 与 MATLABamp。 reg。 紧密集成，可以直接访问 MATLAB 大量的工具来进行算法研发、仿真的分析和可视化、批处理 脚 本 的创建、建模环境的定制以及信号参数和测试数据的定义。 系统框架 OFDM 系统组成框图如下图所示。 其中，上半部 分对应于发射机链路，下半 10 部分对应于接收机链路，整个系统包含信道编 /解码、数字。