毕业论文(8)

燕山大学本科生毕业设计（论文)

第3章 OFDM系统的仿真与分析

3.1 OFDMD的系统仿真

3.1.1 MATLAB的简介

MATLAB软件系列产品是一套强大的工程技术数值运算和系统仿真软件，广泛应用于当今的航空航天、汽车制造、半导体制造、电子通信、医学研究、财经研究和高等教育等领域，被誉为“巨人肩膀上的工具”[10]。研发人员借助MATLAB软件能够迅速测试设计构想，综合评测系统性能，快速设计更好方案来确保更高技术要求。同时，MATLAB也是国家教委重点提倡的一种计算工具。综合起来，MATLAB有如下几个特点。

(1)编程效率高 MATLAB是一种面向科学与工程计算的高级语言，允许采用数学形式的语言编写程序，且比Basic、Fortran和C等语言更加接近我们书写计算公式的思维方式。用MATLAB编写程序犹如在演算纸上排列出公式与求解问题，因此，MATLAB语言被称为：“演算纸式科学计算语言”。

(2)使用方便 MATLAB语言是一种解释型语言，执行之前不需要进行专门的编译。一般情况下，在采用任何高级语言编写和调试程序时需要经历4个阶段，即编辑、编译、链接以及执行调试，并且这4个步骤之间是顺序执行的。MATALB语言与其他语言相比，较好地解决了上述问题，把编辑、编译、链接和执行融为一体。它能在同一画面上进行灵活操作快速排除输入程序中的书写错误、语法错误以至语义错误，从而加快了用户编写、修改和调试程序的速度，可以说在编程和调试过程中它是一种比VB还要简单的语言。

具体地说，MATLAB运行时，如直接在命令行输入MATLAB语句(命令)，包括调用M文件的语句，每输入一条语句，就立即对其进行处理，完成编译、链接和运行的全过程。又如，将MATLAB源程序编辑为M文件，由于MATLAB磁盘文件也是M文件，所以编辑后的源文件就可以直接运行，而不需要进行编译和链接。在运行M文件时，如有错，计算机屏幕上会给出详细的出错信息，用户修改后在执行，直到正确为止。所以可以说，Matlab

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语言不仅是一种语言，广义上讲是一种语言调试系统。

(3)扩充能力强 高版本的MATLAB语言有丰富的库函数，在进行复杂的数学运算时可以直接调用，而且MATLAB的库函数同用户文件在形成上一样，所以用户文件也可作为MATLAB来调用，用户可以根据自己的需要方便地建立和扩充新的库函数，以便提高MATLAB使用效率和扩充它的功能。另外，为了充分利用Fortran、C等语言的资源，包括用户己编好的Fortran、C语言程序，MATLAB可以通过建立MEX文件的形式，混合编程，方便地调用有关的Fortran语言或C语言的子程序。

(4)语句简单，内涵丰富 MATLAB语言中最基本最重要的成分是函数，其一般形似为[y1，y2，...]=fun(x1，x2，?)即一个函数由函数名fun，输入变量x1，x2，?和输出变量y1，y2，?组成。同一函数名fun，不同数目的输入变量(包括无输入变量)及不同数目的输出变量代表着不同的含义(有点像面向对象中的多态性)。这不仅使MATLAB的库函数功能更加丰富，同时大大减少了需要的磁盘空间，使得MATLAB编写的M文件简单，短小而高效。

(5)高效方便的矩阵和数组运算 MATLAB语言像Basic、Fortran和C语言一样规定了矩阵的算法运算符、关系运算符、逻辑运算符、条件运算符以及赋值运算符，而且这些运算符大部分可以毫无改变地照搬到数组间的运算。另外，它不需要定义数组的维数，而且在MATLAB中，给出了矩阵函数、特殊矩阵专门的库函数，使之在求解诸如信号处理、建模、系统识别、控制、优化等领域的问题时，显得简捷、高效，这是其它高级语言所不能比拟的。在此基础上，高版本的MATLAB已逐步扩展到科学及工程计算的其他领域。

(6)方便的绘图功能 MATLAB的绘图是十分方便的，它有一系列绘图函数(命令)，例如线性坐标、对数坐标、半对数坐标和极坐标等，均只需要调用不同的绘图函数(命令)。在图上标出图题、斜轴标注，格(栅)绘制也只需要调用相应的命令，简单易行。另外，在调用绘图函数时调整自变量可绘制出不变颜色的点、线、复线或多重线。这种为科学研究着想的设计是通用的编程语言所不及的。

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3.1.2 OFDM模型的参数选择

本文使用MATLAB V7.0建立OFDM系统模型。目的是观察在不同信噪比(BNR)噪声信道条件下OFDM技术的性能及对误码率的影响(BER)。OFDM参数的选择是各种各样的、经常冲突的要求中取折衷的过程，带宽、比特率和延迟扩展是设计OFDM系统时最主要的参数。

设计图3-1的OFDM系统流程图。

输入串行数据流信源信道编码串并转换ITFF插入循环前缀并串转换信道输出串行数据流信源信道解码并串转换FFT去除循环前缀串并转换图3-1 OFDM系统流程图

用户信号先以串行的方式输入发送器，再经过一个串并变换器，是串行输入的信号以并行方式输入到N条线路上。随后该OFDM码被送到快速傅立叶逆变换模块，进行快速傅立叶逆变换。快速傅立叶逆变换是把频域的数据转换为时域的数据。在计算快速傅立叶逆变换样值之后，一个循环前缀被添加到样值之前，形成一个循环拓展的OFDM信息码字。

循环拓展信息码的样值再经过一个并串转换器模块，然后按照串行的方式通过信道。在传输的过程中，受到信道冲击响应的干扰。

接收器端按照相反的过程即可将原始信号恢复。接收到的信号是时域信号。信号经过一个串并转换器，并且把循环前缀去掉，循环前缀中的信息是多于的，其中一个好处就是可以消除码间干扰。多径信号引发的先发信息码

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字的滞后到到达而影响当前信息码字，从而产生码间干扰。但是有了循环前缀和保护间隔，使得码间干扰仅仅会干扰当前信息码循环前缀。因此，适当大小的循环前缀可以消除码间干扰。

在清除了循环前缀后，信号经过一个快速傅立叶变换模块，把信号从时域转变成频域。信号经过一个并串转换模块进行并串转换，就完成了对原始OFDM信号的接收。之后再对频域信号进行解调就可以恢复原始信号了。

3.1.3 MATLAB仿真步骤

在OFDM系统中，我们需要确定以下参数：符号周期、保护间隔、子载波的数量。这些参数的选择取决于给定的信道的带宽、时延扩展以及所要求的信息传输速率。一般按照以下步骤来确定OFDM系统的各参数：

(1)确定保护间隔 根据经验，一般选择保护间隔的时间长度为时延扩展均方根值的2到4倍。

(2)选择符号周期 考虑到保护间隔所带来的信息传输效率的损失和系统的实现复杂度以及系统的峰均平均功率比等因素，在实际系统中，一般选择符号周期长度至少是保护间隔长度的5倍。

(3)确定子载波的数量 子载波的数量可以直接利用3dB带宽除以子载波间隔(即去掉保护间隔之后的符号周期的倒数)得到。或者，可以利用所要求的比特速率除以每个子信道的比特速率来确定子载波的数量。每个子信道中传输的比特速率由调制类型、编码速率以及符号速率来确定。在选定了以上参数之后，还要保证在FFT/IFFT运算时间内和符号间隔内的采样数量须为整数，如不能满足要求，可适当改变以上参数，以满足采样数量为整数的要求。

3.1.4 结果分析

在基于WLAN IEEE802.11a系统平台上，高斯和瑞利信道条件下，通过仿真，得到了OFDM系统的误比特率。基于块状导频结构信道估计要求信道。必须是慢衰落信道，即信道在几个OFDM符号期间是不变化的。

图3-2是在高斯白噪声下系统的误码率曲线表明误码率随着信噪比的变化曲线，图3-3表示了保护间隔对误码率的影响，通过仿真可以看出保护间隔对降低系统的误码率有一定的作用。

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图3-2 OFDM调制信噪比变化曲线

图3-3 保护间隔对信噪比的影响

3.2 本章小结

本章首先介绍了OFDM系统的基本原理，给出了系统实现的框图，分析

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