OFDM系统的仿真

原文地址：OFDM系统的仿真 作者：玄子

OFDM的调制：

    可以通过改变发射的射频信号的幅度、相位和频率来调制信号。对于 OFDM 系统来说，只能采用前两种调制方法，这是因为子载波是频率正交的，且携带独立的信息，调制子载波频率会破坏这些子载波的正交特性。

    短波通信中可采用 MPSK、MQAM 的调制方式。正交幅度调制要改变载波的幅度和相位，他是 ASK 和 PAK 的结合。矩形 QAM 信号星座具有容易产生的独特优点。此外，它们也相对容易解调。矩形 QAM 包括 4QAM、16QAM 以及 64QAM等，因此每个星座点分别所对应的比特数量为 2、4、6（及传输一个信息所需要的bit数）。采用这种调制方法的步长必须为 2，而利用 MPSK 调制可传输任意比特数量如 1、2、3，分别对应 2PSK、4PSK 以及 8PSK。并且 MPSK 调制的另一个好处就是该调制方案是等能量调制，不会由于星座点的能量不等而为 OFDM 系统带来 PAPR 较大的问题。但是其缺点也是显而易见的，即性能不如 QAM 调制方法好，特别当 M 比较大的时候。每个子信道可采用不同的调制方式，选择时要兼顾数据速率、频谱效率以及传输的可靠性，以频谱利用率和误码率之间的最佳平衡为原则。采用自适应技术，特性较好的子信道可采用效率较高的调制方式，而衰落较大的子信道选用较低效方式。

                                            QPSK调制方式

OFDM系统收发机框图

   编码模块的作用是为了提高系统的可靠性，降低接收端的误码率。交织处理模块是为了防止突发性的错误导致连续一段数据发生错误，无法进行纠错，而人为的将数据次序打乱，从而使突发错误分散到不同的地方，有利于纠错。数字调制模块可以提高信道的频谱利用率。插入导频模块用于定时和信道估计；串并转换模块有利于降低数据流的速率；IFFT 模块是数据变换形成信道上传输的多载波信号；然后将 N 路子载波信号叠加，即进行并串转换；加入保护间隔和循环前缀会进一步减少 ICI 的影响，至此完成了整个信号发送部分的基带处理。
    接收端部分是发送端的逆过程，将接收到的信号变换到基带后，移除保护间隔，也就可以去除符号间的干扰；经过 FFT 变换后，提取出用于信道估计的数据，利用信道特性对接收信号进行补偿；再经并串转换，将并行数据变为串行数据，然后进行信道校正，解调以及译码等工作后就得到所要的二进制信号的输出。
    由于 FFT 操作类似于 IFFT，因此发射机和接收机可以使用同一硬件设备。接收端进行与发送端相反的操作，将射频（RF）信号与基带信号进行混频处理，并用 FFT 变换分解频域信号，子载波的幅度和相位被采集出来并转换回数字信号。

OFDM系统仿真框图

    仿真参数为：子载波个数为 4，IFFT/FFT 的长度为 4，调制方式选用 QPSK 调制，为了最大限度的减少插入保护间隔带来的信噪比损失，希望OFDM 周期长度远远大于保护间隔长度，但是OFDM符号周期越大，系统中包括的子载波数越多，使子载波间隔相应减少，系统的复杂度增加，而且还加大了系统的峰值平均功率比，同时使系统对频率偏差更加敏感。因此在实际应用中，一般选择符号周期长度是保护间隔长度的5倍，这样由于插入保护比特所造成的信噪比损失只有 1dB 左右。所以保护间隔的长度为有效符号周期的 1/4,即为 IFFT/FFT 长度的 1/4，故设循环前缀的长度为 1，每帧含有2个OFDM 符号，信噪比为 10dB。