OFDM實驗指導書

1、實驗六OFDM調(diào)制和頻域均衡一、實驗?zāi)繕苏莆誒FDM收發(fā)原理以及均衡算法，在Labview+USRP平臺下實現(xiàn)OFDM收發(fā)信號。二、實驗介紹OFDM OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)即正交頻分復(fù)用技術(shù)，實際上是一種多載波調(diào)制技術(shù)。將信道分成若干正交子信道，將每個子信道上的信號帶寬小于信道的相干帶寬，因此每個子信道上的可以看成平坦性衰落，從而可以消除符號間干擾。而且由于每個子信道的帶寬僅僅是原信道帶寬的一小部分，在接收端進行簡單的線性均衡，信道均衡變得相對容易。OFDM廣泛用干各種數(shù)字傳輸和通信中，如IEEE802.11g、IEEE

2、802.11a、IEEE802.11n、；包括WIFI（IEEE802.16）在內(nèi)的寬帶無線接入；移動寬帶無線接入IEEE802.20；數(shù)字視頻廣播(DVB)和HDTV地面?zhèn)鞑ハ到y(tǒng)。循環(huán)前綴CP持續(xù)時間由最大時延擴展決定，作用是防止碼間干擾（ISI）、子載波間干擾（ICI）以及降低對定時偏差的敏感程度。帶寬一定前提下，子載波間隔與FFT點數(shù)N成反比，N越大子載波間隔越小，隨著N增大頻譜效率提高但同時也會造成對頻偏更加敏感。普遍來說OFDM系統(tǒng)并不是所有子載波都是有用的，總會在頻域有一些空載波。由于直流射頻失真存在，零頻或者直流一般是空的。在頻率響應(yīng)的邊緣一般也是空的用作保護帶以防止鄰頻干擾。頻

3、率選擇性信道會破壞子載波正交性，因此需要做某種形式的均衡。OFDM使用循環(huán)前綴使頻域均衡成為可能。這是因為OFDM將頻率選擇性信道分成若干個在頻域復(fù)用的平坦性衰落子信道，因此每個子信道上可以應(yīng)用簡單迫零均衡。OFDM的優(yōu)勢并不僅僅體現(xiàn)在低復(fù)雜度均衡上面，它還提供了一種框架可以應(yīng)用許多先進的數(shù)字通信技術(shù)例如自適應(yīng)調(diào)制和功率均衡。當然多載波相對于單載波并不都是優(yōu)勢，我們這個實驗將要探討頻率選擇性信道和OFDM系統(tǒng)對頻偏敏感度問題。三、實驗任務(wù)你需要提交三個子vi(OFDM_modulate.vi，OFDM_demodulate.vi以及FEQ.vi)，而且需要回答第四部分提出的問題1、完成OFDM

4、調(diào)制模塊圖1OFDM發(fā)送機和接收機結(jié)構(gòu)在發(fā)送端OFDM調(diào)制首先圖片轉(zhuǎn)換成比特，經(jīng)過星座圖映射后得到頻域符號（M是星座調(diào)制階數(shù)）。對符號進行1：N-K串并變換（K是空子載波數(shù)、N是子載波數(shù)），插入K個零值得到。再進行N點IFFT變換，生成包含N個點的OFDM符號，N一般取。然后添加循環(huán)前綴其長度為，最后生成序列，此處為了簡化省略了載波恢復(fù)和同步，接收端單抽頭頻域均衡。（1）其中是輸入符號離散傅里葉變換。 （2）說明開始和最后個采樣點相同，也就是所說的循環(huán)前綴，循環(huán)前綴是為了防止符號間干擾，同時有助于將線性卷積轉(zhuǎn)換為循環(huán)卷積。l 編寫OFDM_modulate.vi模塊我們提供需要創(chuàng)建的OFDM調(diào)

5、制子vi模板并且給出了輸入輸出，你需要做的是完成框圖構(gòu)建實現(xiàn)其功能。表1 OFDM_modulate.viOFDM_modulate.vi-實現(xiàn)OFDM調(diào)制輸入input symbols一維數(shù)組（復(fù)數(shù)雙精度）用于OFDM調(diào)制的輸入符號流輸出output samples一維數(shù)組（復(fù)數(shù)雙精度）OFDM調(diào)制后樣本流：一個OFDM符號包括個樣點2、添加IEEE802.11a短序列在發(fā)送端對生成OFDM符號打包發(fā)送需添加訓練序列用于接收端同步和信道估計，然后還需要在包頭添加保護帶，用來防止鄰頻干擾。訓練序列由IEEE802.11a短序列產(chǎn)生：在序數(shù)是偶數(shù)的子載波發(fā)送偽隨機序列，在序數(shù)是奇數(shù)的子載波發(fā)送零

6、數(shù)據(jù)，經(jīng)過IFFT變化得到前后樣本值系統(tǒng)的特殊訓練序列。3、添加信道在發(fā)送端添加人為定義的信道：AWGN和ISIAWGN: （3）ISI: （4）對OFDM符號進行上采樣再送到脈沖成型濾波器（脈沖成型是在頻域加窗使頻譜成型）此時Labview基帶處理已經(jīng)完成準備送到NI USRP進行發(fā)送。4、OFDM解調(diào)和均衡NI USRP接收天線收到信號經(jīng)過射頻和中頻處理恢復(fù)到基帶信號。接收信號經(jīng)過匹配濾波器、符號定時、下采樣和幀同步以及載波同步后的信號，去除控制信息后進行OFDM解調(diào)：串并變換、去除CP、FFT變換、進行頻域均衡。 （5）去掉循環(huán)前綴（即丟掉前個采樣點）。頻域采用迫零均衡算法 （6）這些采

7、樣點進行傅里葉變換后得 （7） 簡單通過除以實現(xiàn)均衡。因為OFDM將頻率選擇性信道分為N條平坦衰落子信道。因此OFDM每條子信道可以使用簡單的迫零均衡實現(xiàn)均衡。經(jīng)過頻域均衡的信號再經(jīng)過刪除空值、并串變換，QPSK解調(diào)，由比特恢復(fù)圖片，最后進行誤比特計算。l 編寫OFDM_modulate.vi和FEQ.vi模塊我們提供需要創(chuàng)建的OFDM解調(diào)和均衡子vi模板并且給出了輸入輸出，你需要做的是完成框圖構(gòu)建實現(xiàn)其功能。表2 OFDM_demodulate.viOFDM_demodulate.vi-實現(xiàn)OFDM解調(diào)輸入input samples一維數(shù)組用于OFDM調(diào)制的輸入符號流channel esti

8、mate一維數(shù)組時域信道估計用于頻域均衡number of data symbols32位整數(shù)需要恢復(fù)的QPSK/BPSK符號數(shù)Equalize channel?布爾型決定是否應(yīng)用頻域均衡。默認值為真輸出demodulated symbols一維數(shù)組OFDM解調(diào)后數(shù)據(jù)符號流FD channel estimate一維數(shù)組時域信道估計的頻域響應(yīng)表3 FEQ.viFEQ.vi-實現(xiàn)頻域均衡輸入input 二維數(shù)組并行符號塊（FFT輸出），每一行對應(yīng)一個符號塊channel estimate一維數(shù)組時域信道估計用于頻域均衡輸出demodulated symbols二維數(shù)組均衡后符號塊，每一行對應(yīng)一個符

9、號塊FD channel estimate一維數(shù)組時域信道估計的頻域響應(yīng)5、完成收發(fā)端框圖圖2OFDM_transmitter.vi框架結(jié)構(gòu)圖3OFDM_receiver.vi框架結(jié)構(gòu)將代碼嵌入到OFDM_transmitter.vi和OFDM_receiver.vi后。通過觀察收發(fā)星座圖以及OFDM收發(fā)頻譜是否滿足選擇調(diào)制方式驗證代碼。在這個實驗，我們在真實無線鏈路實現(xiàn)OFDMmodulate.vi和OFDM demodulate.vi，結(jié)合我們已經(jīng)提供的模塊和自己編碼的模塊完成收發(fā)信機OFDM_transmitter.vi和OFDM_receiver.vi。實驗框架如圖4所示。圖4OFDM

10、框架層次結(jié)構(gòu)OFDM參數(shù)：l T是采樣周期l 是OFDM符號周期l 是循環(huán)前綴持續(xù)時間發(fā)送端top_ofdm_tx.vi參數(shù)設(shè)置如下：l Modulation type=QPSKl Channel estimate length=4l FFT size(N)=64l Length of CP()=16l Null tones=0，30，31，32圖5top_ofdm_tx.vi圖6OFDM parameters簇（1）頻率選擇性信道首先我們觀察頻率選擇性信道的頻譜響應(yīng)，參數(shù)設(shè)置如下l TX sample rate=4MSam/secl TX oversample factor=4l RX sa

11、mple rate=4MSam/secl RX oversample factor=4在成功發(fā)送包后，在接收端top_ofdm_receiver.vi前面板（如圖7所示）通過Channel Response、Power Delay Profile曲線圖觀察寬帶信道頻域響應(yīng)和即時功率譜。同時需要注意信道響應(yīng)的有效長度。在這部分把天線放置到適當高度是很重要的，確保所有反射路徑信號都能到達天線。圖7top_ofdm_rx.vi回答以下問題：1、 OFDM符號速率2、 寬帶信道有效長度3、 描述寬帶信道頻域響應(yīng)是平坦的還是頻率選擇性的？以及寬帶信道有效長度關(guān)系。（2）頻偏敏感度這個實驗我們觀察在頻偏存

12、在前提上OFDM系統(tǒng)的性能表現(xiàn)。參數(shù)設(shè)置如下：l TX sample rate=4MSam/secl TX oversample factor=4l RX sample rate=4MSam/secl RX oversample factor=4l Frequency Offset=200Hz為了觀察頻偏對系統(tǒng)的影響，需要將在top_ofdm_rx.vi前面板設(shè)置CorrectFrequency Offset控件為false。我們將考慮不同N值的OFDM系統(tǒng)。OFDM參數(shù)設(shè)置如下：l FFT size(N)=64l Length of CP()=16l Null tones=0，30，31，32觀察頻偏值如何影響接收星座圖和接收端OFDM頻譜以及系統(tǒng)誤碼率。然后改變OFDM系統(tǒng)參數(shù)，同樣觀察頻偏值如何影響接收星座圖以及系統(tǒng)誤碼率。l FFT size(N)=1024l Length of CP()=32l Null tones