基于SIMULINK的OFDM系统仿真

李彩霞，韩晓霞

（1．河北大学 电子信息工程学院，河北 保定 071002；2．河北软件职业技术学院 网络工程系，河北 保定 071002）

0 引言

OFDM即正交频分复用技术，作为一种多载波调制技术，具有频谱利用率高、抗频率选择性衰落或窄带干扰等优点。目前OFDM作为新一代通信系统的核心技术，已经被广泛应用于广播式的多媒体民用通信领域中，包括非对称数字用户环路（ADSL）、数字音频广播（DAB）、数字视频广播（DVB）、高清晰度电视（HDTV）以及无线局域网（WLAN）等。基于此研究背景，本文对OFDM系统进行了研究。

1 OFDM基本原理

OFDM的基本原理是将信道在频域内分成若干正交的子信道，将高速数据流通过串并变换转换成并行的低速子数据流并调制到等频率间隔的相互正交的子载波上进行并行传输，使每个子载波上的数据符号速率大大降低，这样尽管总的信道具有频率选择性衰落，但每个子信道是相对平坦的，在每个子信道上传输的是窄带信号，因此可以克服频率选择性衰落对信号的影响。图1为OFDM系统的结构框图。

图1 OFDM结构框图

其中为了便于分析仿真结果，省去了信道交织编码和解码，本系统是在基带进行的传输，所以载波调制和解调也不在仿真范围之内。

2 Simulink仿真

Simulink是一种用来实现计算机仿真的软件工具，它提供了一个系统级的建模与动态仿真工作平台，可以通过模块组合使用户快速、准确地创建动态系统的计算机模型，对于复杂的非线性系统效果更为明显。另外，Simulink还提供了S函数，通过特殊的语法规则使S函数能够被Simulink模块或模型调用，使之具有更强的处理能力，是产品设计和开发的强有力工具。本文利用Simulink 6对OFDM系统进行了动态仿真。仿真参数如表1所示，图2为OFDM系统的仿真模块图。

表1 仿真参数表

图2 Simulink仿真模块图

（1）Bermoull Binary

信源为等概的0、1随机序列，由二进制伯努利序列产生器（Bermoull Binary）产生，码元持续时间为t=0.1us，其速率为10MB/s（A点），通过Bit to Integer Converter模块，将四个二进制码元Bi转换成一个 16 进制码元 Bk（0，1，…15），码元持续时间为 T，则 T=4t=0.4us（B 点），码元速率为 2.5MB/s。

（2）Rectangular QAM

编码映射模块（Rectangular QAM）将信源产生的16进制码元Bk（0，1，…15）根据16QAM星座映射关系，计算出与Bk相对应的同相分量和正交分量，模块中设定为格雷码映射，得到输出的星座图如图3所示。

图3 输出星座图

（3）串并转换

将OFDM调制到600路子载波上，需要将数据进行串并转换，转换后速率变为原来的1/600，数据符号持续时间变为原来的600倍，这样可以更好地抵抗由多径传播所带来的符号间干扰，对于频率选择性衰落有更强的承受能力。

（4）OFDM Baseband Modulator

基带调制，即完成IFFT运算，在使用IFFT/FFT来进行调制时，通常在K（子载波数）个数据的基础上补零（虚子载波），使得IFFT输入为2的整数次幂（相当于在时域进行过采样）。在本例中，K=600，中间补零进行1024点的IFFT，仿真观察到的频谱图如图4所示。

图4 频谱结构图

频率范围为（-fs/2，fs/2），理论上 1024*T'=KT，从图4中可以看出，抽样频率约为4MHz，与理论基本一致。由以上分析可知，在基带处理中使用IFFT来实现OFDM的调制，不需要振荡器组，降低了OFDM系统实现的复杂性。

（5）加入CP

在OFDM符号前后插入循环前后缀CP，只要CP的长度大于最大时延扩展长度，就可以完全消除码间干扰（ISI）；另一方面，在保护间隔内对OFDM符号进行循环扩展，可以避免子载波间干扰（ICI）。

仿真时，a（1：1024）为一个完整 1024 点 IFFT后的 OFDM 符号，则 b（1：1230）=［a（922：1024），a（1：1024），a（1：103）］为增加前后缀的 OFDM 符号。为了保持原信息传输率不变，信号的抽样速率应提高到原来的 1+206/1024=1．2 倍，即 1．2*4．26=5．12MHz。

（6）并串转换

将并行数据变为串行数据再进行RF调制发送到无线信道中。在基带发射部分，经过串并和并串转换，使得数据可以低速处理，高速发射。经过基带处理的数据，输出为复数信号，分实部、虚部作D/A变换，然后分别使用正弦和余弦载波调制，再分别传输。

信道采用高斯白噪声信道，加入一定的信噪比。

在基带系统接收端，进行相反的操作，首先将接收到的数据进行串并转换后去掉循环前后缀，然后进行FFT运算，将FFT输出转换成串行数据后进行16QAM数字解调，输出16进制码元Bi’，再转换成二进制数输出。

3 结论

本文基于Simulink对OFDM系统进行了仿真，包括二进制数据的产生、16QAM调制解调、IFFT/FFT运算、CP的加入和去除以及调制信号频谱，在没有噪声加入时，解调出的数据的误码率为0，理论分析和得到的结果基本一致，验证了建立模块的正确性，为对OFDM系统的下一步开发如进行同步/信道估计等研究奠定了基础。

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