基于MATLAB的OFDM系统性能分析与仿真研究

韩 帅 ，李晶晶

（1沈阳地铁集团有限公司运营分公司 辽宁 沈阳 110000）

（2沈阳城市建设学院 辽宁 沈阳 110000）

1 OFDM系统的基本原理

OFDM(正交频分复用)作为一种多载波数字通信方案，是第四代移动通信的核心技术。因为OFDM能够有效地对抗多径效应问题，还可以对抗频率选择性衰落，消除符号间的干扰，频谱利用率较高，易于硬件实现等优点，使之成为实现4G移动通信技术的首选，也是目前移动通信技术研究的热点问题之一。

正交频分复用作为一种多载波调制，利用数据流的变换，把原来的高速串行数据流改为低速并行数据流，同时将它们调度到许许多多的正交子载波中。它的主要作用是将许多不同的信号频率合成为同样的信号，从而完成这些信号在载波中的传送。OFDM相比传统的系统具有极高的频谱利用率，并且系统内部的子载波可以通过调节来使得频谱率得到更大的提高。

主要思想有以下几点：总信道会被分割成许多的子信道，这些子信道具有正交特性，串行高速的数据码流信号会变为并行的低速数据码流信号，通过这些子信道来实现数据的传输。信号由于其正交性，接收端可以分开接收，从而使子信道之间的干扰被大幅度降低。同时各个子信道之间符合平坦性衰落，这样符号间的干扰（ISI）也不复存在。子信道的带宽要远远小于信道的总带宽，这也就实现了信道的均衡。

2 OFDM系统的设计指标分析

具体设计指标如下：采用数字信号（DSP）技术——快速傅里叶变换（FFT）来实现；系统模型有两种，并且是基于IFFT/FFT的模型；基于导频的信道估计；为了改善系统的误码率，由循环前缀和信道共同进行估计。

3 OFDM系统仿真分析

3.1 OFDM模型的参数选择

OFDM系统在选择参数方面要综合多种方面进行考虑。参数选择包括比特速率、信道带宽、最大时延、保护间隔和循环前缀的概念和选取，以及对正确传输信息起到的作用。在OFDM系统中，需要以下参数的确定：信号的周期、保护间隔及子载波的数量问题。以上参数的选择主要取决于给定信道的带宽、时延扩展以及所要求的信息传输速率。可以按照以下步骤来确定OFDM系统的各参数：

（1）确定保护间隔：OFDM通过保护间隔可以解决多径干扰问题。通常选择保护间隔长度为时延扩展均方根值的2至4倍。

（2）符号周期的选择：由于保护间隔的选取对信息传输效率、系统的可实现性以及系统的峰值平均功率比等因素都具有一定的关系，在实际的系统模型建立中，一般选择信号周期长度至少应是保护间隔长度的5倍。

（3）确定子载波数量：子载波的数量可以直接利用-3dB带宽除以子载波间隔得到，或者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数量。通过适当选择子载波数量和保护间隔，可以完全消除ISI与ICI。

在以上参数确定以后，还应该保证在FFT/IFFT运算时间内和信号间隔内的采样数必须为整数，若不能满足此要求，应适当改变以上各参数，以满足采样数为整数的要求。

3.2 设计OFDM系统流程图见图1

图2 OFDM系统流程图

由于循环前缀被清除，信号只需要通过一个傅里叶变换模块，这样信号就变为了频域信号。信号在进行并行串行转换之后可以接受到OFDM的信号，接下来只需要解调原信号就可以得到原始信号的信息。

3.3 仿真结果及分析

本文是以MATLAB7.3.0为平台，根据WLAN IEEE802.11a协议标准所搭建的系统模块，实现传输系统中的计算机仿真实验过程。

图3 OFDM调制信噪比变化曲线

图4 频偏对信噪比的影响

图3是系统的误码率与信噪比变化的对应曲线，随着信噪比的增加，则系统的误码率基本呈现二次曲线下降的趋势。图4则体现了误码率与频率偏移的关系，由于发射端发出数据到接收端接收数据这段时间不是很准，因为某些原因会形成误差，所以会造成信道干扰，使信号的正交性被破坏，所以频率偏移越大，则系统的误码率也会随之增大。通过图5可以看出是否添加保护间隔对误码率有什么影响，通过图中数据可以显示出添加保护间隔确实可以起到一定的作用，这样也就相应的降低了相应信号之间的信道干扰。

图5 保护间隔对信噪比的影响

4 结语

从3G向4G变化的过程中，信道估计是OFDM（正交频分复用）中的一项关键技术，其性能的高低可以直接影响移动通信技术的品质。在IEEE802.11a基带系统模型的基础上用MATLAB语言完成系统的仿真，得到了预期的理想结果，对系统信道估计技术进行研究和开发具有极强的现实意义。

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