余志靚 潘學(xué)文

摘要：該文分析了OFDM系統(tǒng)的組成，構(gòu)建了OFDM系統(tǒng)SIMULINK仿真流程。建立了正交頻分復(fù)用系統(tǒng)框圖，并通過SIMULINK進行建模仿真，對不同信噪比下系統(tǒng)的誤碼率進行仿真分析。仿真結(jié)果表明：在16QAM調(diào)制下，15dB到10dB的范圍內(nèi)誤比特率起伏大，在高于15dB的信噪比條件下，信號傳榆的可靠性更高。

關(guān)鍵詞：正交頻分復(fù)用;仿真;SIMULINK;-～碼率;信噪比

中圖分類號：TN911-4;G434 文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）33-0292-03

1概述

“第四代”移動通信的重要技術(shù)正交頻分復(fù)用技術(shù)，集成了多載波技術(shù)和離散傅里葉變換等技術(shù)優(yōu)勢，能夠更好地兼容多種多媒體通信。OFDM（Orthogonal～equency division multi-plexing）在降低頻譜浪費上有優(yōu)勢，在處理信號的選擇性衰落方面受到大眾青睞。由于信道會導(dǎo)致不同的頻率下的信號波形失真，正交頻分復(fù)用將數(shù)據(jù)變?yōu)榈退伲瑴p少了波形的失真，同時讓碼間串?dāng)_變得更少。

2正交頻分復(fù)用系統(tǒng)組成

正交頻分復(fù)用系統(tǒng)組成如圖1所示。系統(tǒng)的信號處理過程為：在發(fā)送端首先對信號進行交織編碼提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏蚀_性，之后加入導(dǎo)頻，以作為載波同步信號便于接收端進行信號恢復(fù)。之后進行并串變換，再串并變換后送入快速傅里葉反變換器件使得頻域信號變?yōu)闀r域信號，將處理完的信號依次并串變換、加入循環(huán)前綴和數(shù)模變換后發(fā)送到信道中。

接收端是一個解調(diào)的過程，首先去掉循環(huán)前綴、基本解決了多徑時延下的干擾，傅里葉變換器件將串并變換的信號進行解調(diào)，將時域信號變?yōu)轭l域信號，最后解交織和編碼就可以將源信號還原。

3OFDM系統(tǒng)仿真模型構(gòu)建

為了加深對正交頻分復(fù)用的認識，通過對正交頻分復(fù)用系統(tǒng)進行SIMULINK仿真，本文結(jié)合前面章節(jié)對正交頻分復(fù)用的介紹，構(gòu)建出正交頻分復(fù)用的結(jié)構(gòu)框圖。利用SIMULINK實現(xiàn)對正交頻分復(fù)用系統(tǒng)每一個模塊的仿真，使得在仿真過程中的模塊數(shù)據(jù)調(diào)試和分析更便捷。

正交頻分復(fù)用的仿真過程：輸入二進制比特序列，對輸入的比特序列進行編碼和交織，編碼交織的二進制比特序列通過16QAM調(diào)制，進行對輸人數(shù)據(jù)的調(diào)制映射，映射為相應(yīng)的調(diào)制信息序列{x（n）}，之后進行的IFFT變換，將數(shù)據(jù)頻域上的頻譜表達式轉(zhuǎn)換到時域上，添加循環(huán)前綴后經(jīng)過串并變換器，將時域信號發(fā)送出去，獲得OFDM調(diào)制信號的時域波形，正交頻分復(fù)用的原理框圖如圖2所示。

在接收端部分進行發(fā)送端的逆向操作，先串并變換，將信號變?yōu)椴⑿械臅r域信號，去掉循環(huán)前綴，經(jīng)后進行FFT變換，去掉多余添加的零，經(jīng)解調(diào)后還原出原始信號，整個正交頻分復(fù)用過程結(jié)束。

4OFDM系統(tǒng)SlMULINK仿真實現(xiàn)

利用SIMULINK對OFDM系統(tǒng)的16QAM調(diào)制進行建模仿真，仿真模型如下圖3所示。

對正交頻分復(fù)用系統(tǒng)各模塊設(shè)置如下：

（1）伯努利信號發(fā)生器（Bernoulli Binary Generator）：這個模塊能夠產(chǎn)生隨機的二進制數(shù)據(jù)，并且產(chǎn)生的二進制中0和1的出現(xiàn)概率都是0.5，設(shè)置Bernoulli Binary Generator每一列采樣個數(shù)為44。

（2）RS編碼和交織：使用RS編碼和交織的目的是：通過增加傳輸信號的冗余度，來提高系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)的可靠性。RS編碼模塊（Binary-Input RS Encoder）的作用是糾正衰落信道中的隨機誤差，交織模塊（General Block Intedeaver）對衰落信道的突發(fā)錯誤能夠有效地抑制。

（3）16QAM調(diào)制下的正交頻分復(fù)用系統(tǒng)子模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖5顯示的是OFDM子系統(tǒng)內(nèi)部模塊，被RS編碼模塊和交織模塊處理后的數(shù)據(jù)經(jīng)過16QAM調(diào)制、補O、IF-FT變換、插人循環(huán)前綴后，變?yōu)椴⑿袝r域信號，再采用并串變換處理后發(fā)射出去。在接收端對發(fā)送的數(shù)據(jù)進行逆向操作，就能夠?qū)?shù)據(jù)還原，具體內(nèi)部模塊如圖5所示。

①16QAM調(diào)制：調(diào)制的過程就是一個星座映射的過程，而星座映射的作用是進行數(shù)值轉(zhuǎn)換。調(diào)制后的序列通過IFFT變換到各個子信道上，這個過程提高正交頻分復(fù)用系統(tǒng)的頻帶利用率。本次仿真采用頻譜效率較高的16QAM調(diào)制。

②補0模塊：由于IFFT變換要求輸人點數(shù)為2N，所以在數(shù)據(jù)傳人IFFT模塊之前要對信號進行補0操作。

③IFFT變換模塊：IFFT模塊的作用是在OFDM的調(diào)制中，降低了系統(tǒng)的實現(xiàn)復(fù)雜度。根通過16QAM調(diào)制和補0模塊，將IFFT參數(shù)設(shè)為32。

④插入循環(huán)前綴（selector）：由于信道中的多徑干擾會導(dǎo)致傳輸信號產(chǎn)生多徑時延，造成符號間干擾，為減少多徑對信號的影響，在每個IFFT變換后的子載波前添加循環(huán)前綴形成保護間隔，保護間隔的長度應(yīng)該大于多徑時延擴展的最大值。

⑤并串變換fReshape）：將并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)。

（4）信道：加性高斯白噪聲（AWGN）的特點是：幅度分布服從高斯分布功率譜密度在整個頻域內(nèi)均勻分布。信號傳輸過程中，AWGN信號的功率越大，信號受到的影響越大，到達接收端時的誤碼率也會增大。

在發(fā)送信號時，發(fā)送端的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號，在信道中傳輸時受到AWGN的干擾，進入接收端時，先進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，再對信號進行OFDM的解調(diào)操作。

（5）接收端正交頻分復(fù)用子模塊：對信號的處理是一個反過程。OFDM接收端結(jié)構(gòu)如圖6所示。

圖7為正交頻分復(fù)用系統(tǒng)子模塊，對接收到的信號進行串并轉(zhuǎn)換、去除循環(huán)前綴、FFT變換，去0和成幀，最后進行16QAM解調(diào)。

①去循環(huán)前綴：將模塊的index修改為【5：20】。

②FFT變換和去0：FFF的調(diào)制的點數(shù)與發(fā)送端的IFFT點數(shù)相等，為16，去0模塊在signal routing上選擇selector，再發(fā)送端補0參數(shù)中的index值修改為【1：15】。

③成幀和數(shù)字解調(diào)：接收端使用成幀模塊，是進行16QAM解調(diào)的輸人信號要求是基于幀的數(shù)據(jù)，再通過16QAM解調(diào)操作，還原成比特流。

（6）解碼部分：與發(fā)送端的RS編碼交織相對應(yīng)，模塊的參數(shù)設(shè)置于發(fā)送端一致。

（7）誤比特率統(tǒng)計模塊：將傳輸過來的信號與發(fā)送端的信號進行對比，得出誤比特率。

5仿真結(jié)果

正交頻分復(fù)用系統(tǒng)在16QAM調(diào)制下不同信噪比下的誤比特率：

通過不同信噪比下的數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼`比特率比較，發(fā)現(xiàn)在信噪比為15dB到10dB的范圍內(nèi)誤比特率變化很快，從0.0073上升到0.1482，得到結(jié)論：在進行編碼交織和添加循環(huán)前綴的的系統(tǒng)，如果想要進一步提高信息傳輸?shù)目煽啃?，信號傳輸?shù)男旁氡茸詈迷?5dB以上。

6結(jié)束語

本文對正交頻分復(fù)用系統(tǒng)進行了SIMULINK仿真與分析，對整個正交頻分復(fù)用系統(tǒng)的各個模塊進行了具體介紹，構(gòu)建了信源模塊、16QAM調(diào)制和解調(diào)模塊、IFFT/FFT模塊、串并變換模塊和循環(huán)前綴的添加和去除模塊等等，通過這些模塊，實現(xiàn)了正交頻分復(fù)用有對信道干擾的較好抵抗性能，并且隨著SNR的提高，信號傳輸?shù)目煽啃缘玫搅吮Ｕ稀?/p>