OFDM调制解调实验

通信原理实验报告

班级：电信132 姓名：殷凯学号：

实验目的:

1. 掌握利用Matlab进行仿真的方法；

2. 掌握OFDM调制解调的基本原理。

实验环境:

电脑，Matlab软件。

实验原理：

1.调制原理

正交频分复用(OFDM)是多载波调制(MCM)技术的一种。MCM的基本思想是把数据流串并变换为N路速率较低的子数据流，用它们分别去调制N路子载波后再并行传输。因子数据流的速率是原来的1/N，即符号周期扩大为原来的N倍，远大于信道的最大延迟扩展，这样MCM就把一个宽带频率选择性信道划分成N个窄带平坦衰落信道，从而“先天”具有很强的抗多径衰落和抗脉冲干扰的能力，特别适合于高速无线数据传输。OFDM是一种子载波相互混叠的MCM，因此它除了具

有上述毗M的优势外，还具有更高的频谱利用率。OFDM选择时域相互正交的子载波，创门虽然

在频域相互混叠，却仍能在接收端被分离出来。

如图：

2. OFDM 信号的解调

上述描述的OFDM 系统的实现需要大量的正弦波发生器、滤波器、调制器

和相干解调器，因此所需的设备比较复杂。we1nstein 和Ebert 提出了采用离散傅立叶变换(DFT)来实现多载波调制。随着数字信号处理技术的发展，可以采用快速傅立叶变换(FFT)技术实现，大大降低了OFDM 技术实现的复杂程度，使得OFDM 技术越来越广泛的应用在各种移动通信系统中。

为了叙述的简洁，忽略矩形函数，并令()0,/s s t s t T T N ==对信号以的速率进行采样，/(0,1,...,1)t nT N n N ==-即令可以得到：

()()10/exp 2/ 01

N n k k s s nT N d j nk N n N π-===≤≤-∑

可以看到n k s d IDFT 等效为进行运算。

同样在接收端，为了恢复出原始的数据符,n k s d DFT 可以对进行变换，得到:

1

0exp(2/) 01N k n n d s j nk N k N π-==-≤≤-∑

根据上述分析可以看出，OFDM 系统的调制和解调可以分别由IDFT/DPT 来代替。通过N 点IDFT 运算，把频域数据符号k d 变换为时域数据符号n s ，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n s 都

是由所有子载波信号经过叠加而生成的，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。

在OFDM 系统的实际应用中，可以采用更加方便快捷的快速傅立叶变换

(FFT/IFFT)。N 点工DFT 运算需要实施2N 次的复数乘法(为了方便，只比较复

数乘法的运算量)，而IFFT 可以显著地降低运算的复杂度。对于常用的基2IFFT

算法来说，其复数乘法的次数仅为()2 /21N og N ，而且随着子载波个数N 的增加，这种算法复杂度之间的差距也越明显。对于子载波数量非常大的OFDM 系统来说，可以进一步采用基4IFFT 算法来实施付立叶变换，其复数乘法或者相位旋转的数量仅为()23/810()2N g N -。

在实际应用中，对一个OFDM 符号进行N 次采样，或者N 点IFFT 运算所得到的N 个输出样值往往不能真正地反映连续OFDM 符号的变化特性，其原因在于：由于没有使用过采样，当这些样值点被送到数/模转换器(A/D)时，就有可能导致生成伪信号，这是系统中所不能允许的。这种伪信号的表现就是，当以低于信号中最高频率两倍的频率进行采样时，即当采样值被还原之后，信号中将不再含有原有信号中的高频成分，呈现出虚假的低频信号。因此针对这种伪信号现象，一般都需要对OFDM 符号进行过采样，即在原有的采样点之间在添加一些采样点，构成PN(P 为整数)个采样值。这种过采样的实施也可以通过利用IFFT/FFT 的方法来实现，即在原始的N 个输入值的后面添加(P-1)N 个零。

实 验 步 骤：

实 验 内 容 及 结 果：

1.仿真过程：根据OFDM 系统框图，首先由信源产生随机0,1序列，然后经过QPSK 调制后进行串并转换，再对串并转换后的序列进行IFFT 变换得到时域信号，添加循环前缀后通过瑞丽信道，对得到的信号在进行去循环前缀，FFT 变换，QPSK 解调，并串转换后得到接收的信息序列，再将其与发送序列比较后，的到最后的误码率。

2.仿真条件：OFDM系统子载波数为64，发送的符号数为10^3个，循环前缀cp=16，信道为瑞丽信道，瑞利阶数为10，调制方式为QPSK。

3.仿真结果：

实验分析：

从OFDM系统的原理和仿真过程可以看出，OFDM系统频带利用率高，因为OFDM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。同时高速数据流通过串并转换，能使得每个子载波上的信号时间比相应同速率的单载波系统上的信号时间长，采用循环前缀的方法，有效减少了ISI。

但是OFDM系统对频偏和相位噪声敏感，因为OFDM区分各个子载波的方法是利用各个子载波之间的正交性，而频偏和相位噪声使正交性恶化，所以会产生ICI。

OFDM技术可以有效地对抗信号波形间的干扰，适用于多径环境和衰落信道中的高速数据传输。

实验心得：

这次OFDM的调制解调仿真实验的原理不简单，但是通过一步步的学习和理解之后，我大致了解了OFDM调制解调的实验原理，也从实验结果中找到了这个方式的优缺点，同时这个实验也推进了对于信号调制与解调的方法选择与实际使用。

另外，通过MATLAB软件的使用也让我对OFDM的调制解调仿真实验进一步加深了印象，这是我受益匪浅。