第3章OFDM系統(tǒng)基本原理MIMO-OFDM系課件

數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)有單載波調(diào)制系統(tǒng)與多載波調(diào)制系統(tǒng)之分。單載波系統(tǒng)在數(shù)據(jù)傳輸速率不太高、多徑干擾不是特別嚴(yán)重時，通過使用合適的均衡算法可使系統(tǒng)正常工作。但是對于寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)來說，由于數(shù)據(jù)傳輸速率較高，時延擴(kuò)展造成數(shù)據(jù)符號間的相互重疊，從而產(chǎn)生符號間干擾（ISI），這對均衡提出了更高的要求，需要引入非常復(fù)雜的均衡算法，實(shí)現(xiàn)比較困難。第3章OFDM系統(tǒng)的基本原理3.1引言

多載波調(diào)制(MulticarrierModulation)采用多個載波信號。它把數(shù)據(jù)流分解為若干個子數(shù)據(jù)流，從而使子數(shù)據(jù)流具有低得多的傳輸比特速率，利用這些數(shù)據(jù)分別去調(diào)制若干個載波。所以，在多載波調(diào)制信道中，數(shù)據(jù)傳輸速率相對較低，碼元周期加長，只要時延擴(kuò)展與碼元周期相比小于一定的比值，就不會造成碼間干擾。數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)有單載波調(diào)制系統(tǒng)與多載波調(diào)制系串/并+信道積分積分積分并/串OFDM系統(tǒng)基本模型框圖頻帶OFDM符號時間表示式為3.2OFDM系統(tǒng)的基本模型3.2.1OFDM系統(tǒng)的調(diào)制和解調(diào)串/并+信道積分積分積分并/串OFDM系統(tǒng)基本模型框圖頻帶或基帶OFDM符號時間表示式為或在接收端OFDM信號的正確恢復(fù)

或基帶OFDM符號時間表示式為或在接收端OFDM信號的正確恢串/并+信道積分積分積分并/串串/并+信道積分積分積分并/串FDM與OFDM帶寬利用率的比較傳統(tǒng)的頻分復(fù)用（FDM）多載波調(diào)制技術(shù)頻率頻率節(jié)省頻帶資源正交頻分復(fù)用（OFDM）多載波調(diào)制技術(shù)tOFDM符號內(nèi)包括4個子載波的情況

OFDM系統(tǒng)中子信道符號的頻譜示意圖

FDM與OFDM帶寬利用率的比較傳統(tǒng)的頻分復(fù)用（FDM）多3.2.2OFDM系統(tǒng)的DFT/FFT實(shí)現(xiàn)3.2.2OFDM系統(tǒng)的DFT/FFT實(shí)現(xiàn)3.3OFDM的保護(hù)間隔和循環(huán)前綴OFDM數(shù)據(jù)訓(xùn)練序列OFDM數(shù)據(jù)發(fā)送端：接收端：OFDM數(shù)據(jù)訓(xùn)練序列OFDM數(shù)據(jù)無保護(hù)間隔情形加入保護(hù)間隔情形OFDM數(shù)據(jù)訓(xùn)練序列OFDM數(shù)據(jù)發(fā)送端：OFDM數(shù)據(jù)訓(xùn)練序列OFDM數(shù)據(jù)接收端：3.3OFDM的保護(hù)間隔和循環(huán)前綴OFDM數(shù)據(jù)訓(xùn)練序列OF加入循環(huán)前綴作為保護(hù)間隔的OFDM符號后一OFDM前一OFDM時間NNgIFFTIFFT保護(hù)間隔IFFT

輸出保護(hù)間隔復(fù)制加入循環(huán)前綴作為保護(hù)間隔的OFDM符號后一OFDM前一OF一個OFDM系統(tǒng)較完整實(shí)現(xiàn)框圖S/P星座映射IFFTP/SCPD/A多徑信道A/DS/PCPFFT星座反映射P/S一個OFDM系統(tǒng)較完整實(shí)現(xiàn)框圖S/P星IP/SCPD/A多3.4帶外功率輻射以及加窗技術(shù)OFDM信號的時域表達(dá)式（復(fù)包絡(luò)）是功率歸一化因子。OFDM符號的頻域：

由于OFDM符號每個子載波的功率譜大致呈抽樣函數(shù)形狀，旁瓣的振蕩衰減比較慢，所以導(dǎo)致OFDM符號的整個功率譜帶外輻射比較大。3.4帶外功率輻射以及加窗技術(shù)OFDM信號的時域表達(dá)式（復(fù)OFDM信號的功率譜密度OFDM信號的功率譜密度32個子載波的OFDM信號的功率譜密度32個子載波的OFDM信號的功率譜密度子載波個數(shù)為16、64和256的OFDM系統(tǒng)的PSD

子載波個數(shù)為16、64和256的OFDM系統(tǒng)的PSD升余弦窗函數(shù)定義

128子載波、滾降系數(shù)分別為0（矩形函數(shù)）、0.025、0.05、0.1和0.5的升余弦窗函數(shù)對OFDM系統(tǒng)功率譜密度的影響升余弦窗函數(shù)定義128子載波、滾降系數(shù)分別為0（經(jīng)過加窗處理后的OFDM符號示意圖

經(jīng)過加窗處理后的OFDM符號示意圖3.5OFDM的參數(shù)選擇

在OFDM系統(tǒng)中，需要確定的參數(shù)有：符號周期、保護(hù)間隔、子載波的數(shù)量。（1）確定保護(hù)間隔

一般選擇保護(hù)間隔的時間長度為時延擴(kuò)展均方根值的2～4倍。（2）選擇符號周期

一個OFDM符號總的時間長度由保護(hù)間隔和有用符號持續(xù)時間（簡稱符號周期）構(gòu)成。一般選擇符號周期長度至少是保護(hù)間隔長度的5倍。

可以計算在符號周期為保護(hù)間隔5倍的情況下，因插入保護(hù)比特所造成的信噪比損失有1dB左右。3.5OFDM的參數(shù)選擇在OFDM系統(tǒng)中，（3）確定子載波的數(shù)量

子載波的數(shù)量可以直接利用-3dB帶寬除以子載波間隔（即去掉保護(hù)間隔之后的符號周期的倒數(shù)）得到。

或者，可以利用所要求的比特速率除以每個子信道中的比特速率來確定子載波的數(shù)量。

每個子信道中傳輸?shù)谋忍厮俾视烧{(diào)制類型、編碼速率以及符號速率來確定。

例：要求設(shè)計系統(tǒng)滿足如下條件：

比特率：25Mbit/s

可容忍的時延擴(kuò)展：200ns

帶寬：<18MHz（3）確定子載波的數(shù)量子載波的數(shù)量可以直接解：保護(hù)間隔：OFDM符號長度：子載波間隔：每個OFDM符號需要傳送比特數(shù)：方案一：選擇16QAM和碼率為1/2的編碼方法。

每個子載波可以攜帶2bit的有用信息，因此，需要60個子載波來滿足每個符號120bit的傳輸速率。解：保護(hù)間隔：OFDM符號長度：子載波間隔：每個OFD方案二：利用QPSK和碼率為3/4的編碼方法。

每個子載波可以攜帶1.5bit的有用信息，因此需要80個子載波來傳輸。

80子載波就意味著帶寬為不滿足系統(tǒng)要求，不能使用。方案二：利用QPSK和碼率為3/4的編碼方法。實(shí)例3-1OFDM信號的產(chǎn)生與解調(diào)clearall;closeall;carrier_count=200;symbols_per_carrier=20;bits_per_symbol=4;IFFT_bin_length=512;PrefixRatio=1/4;GI=PrefixRatio*IFFT_bin_length;beta=1/32;GIP=beta*(IFFT_bin_length+GI);SNR=30;3.7仿真實(shí)例實(shí)例3-1OFDM信號的產(chǎn)生與解調(diào)clearall%OFDM信號產(chǎn)生

baseband_out_length=carrier_count*symbols_per_carrier–floor(carrier_count/2));*bits_per_symbol;carriers=(1:carrier_count)+(floor(IFFT_bin_length/4)conjugate_carriers=IFFT_bin_length-carriers+2;baseband_out=round(rand(1,baseband_out_length));%OFDM信號產(chǎn)生baseband_out_length%16QAM調(diào)制并繪制星座圖complex_carrier_matrix=qam16(baseband_out);complex_carrier_matrix=reshape(complex_carrier_matrix',…carrier_count,symbols_per_carrier)';figure(1);plot(complex_carrier_matrix,'*r');axis([-4,4,-4,4]);title('16QAM調(diào)制后星座圖');gridon%16QAM調(diào)制并繪制星座圖complex_carrier_%16QAM調(diào)制子程序function[complex_qam_data]=qam16(bitdata)X1=reshape(bitdata,4,length(bitdata)/4)'d=1;fori=1:length(bitdata)/4;forj=1:4X1(i,j)=X1(i,j)*(2^(4-j));endsource(i,1)=1+sum(X1(i,:));

end%16QAM調(diào)制子程序function[complex_mapping=[-3*d3*d;-d3*d;d3*d;3*d3*d;-3*dd;-dd;dd;3*dd;3*d-3*d;-d-3*d;d-3*d;3*d-3*d];-3*d-d;-d-d;d-d;3*d-d;-fori=1:length(bitdata)/4qam_data(i,:)=mapping(source(i),:);

end(qam_data(:,1),qam_data(:,2));complex_qam_data=complexmapping=[-3*d3*d;-d3*d;d發(fā)送16QAM信號星座圖發(fā)送16QAM信號星座圖%IFFT，即進(jìn)行OFDM調(diào)制。,IFFT_bin_length);IFFT_modulation=zeros(symbols_per_carrierIFFT_modulation(:,carriers)=complex_carrier_matrix;IFFT_modulation(:,conjugate_carriers)=conj(complex_carrier_matrix);=ifft(IFFT_modulation,IFFT_bin_length,2);signal_after_IFFTtime_wave_matrix=signal_after_IFFT;%IFFT，即進(jìn)行OFDM調(diào)制。,IFFT_bin_lengfigure(2);plot(0:IFFT_bin_length-1,time_wave_matrix(2,:));

axis([0,512,-0.4,0.4]);gridon;ylabel('Amplitude');xlabel('Time');title('OFDMTimeSignal,OneSymbolPeriod');figure(2);plot(0:IFFT_bin_leng一個周期的OFDM信號時域波形一個周期的OFDM信號時域波形%添加循環(huán)前綴與循環(huán)后綴XX=zeros(symbols_per_carrier,IFFT_bin_length+GI+GIP);fork=1:symbols_per_carrier;fori=1:IFFT_bin_length;XX(k,i+GI)=signal_after_IFFT(k,i);endfori=1:GI;XX(k,i)=signal_after_IFFT(k,i+IFFT_bin_length-GI);

endforj=1:GIP;XX(k,IFFT_bin_length+GI+j)=signal_after_IFFT(k,j);endend%添加循環(huán)前綴與循環(huán)后綴XX=zeros(symbols_ptime_wave_matrix_cp=XX;figure(3);plot(0:length(time_wave_matrix_cp)-1,time_wave_matrix_cp(2,:));axis([0,600,-0.3,0.3]);gridon;ylabel('Amplitude');xlabel('Time');title('OFDMTimeSignalwithCP,OneSymbolPeriod');time_wave_matrix_cp=XX;figure帶循環(huán)前綴與后綴的一個周期的OFDM信號時域波形

帶循環(huán)前綴與后綴的一個周期的OFDM信號時域波形%OFDM符號加窗=zeros(1,IFFT_bin_length+GI+GIP);windowed_time_wave_matrix_cpfori=1:symbols_per_carrierwindowed_time_wave_matrix_cp(i,:)=…real(time_wave_matrix_cp(i,:)).*rcoswindow(beta,IFFT_bin_length+GI)';end%OFDM符號加窗=zeros(1,IFFT_bin_len%窗函數(shù)子程序function[rcosw]=rcoswindow(beta,Ts)t=0:(1+beta)*Ts;rcosw=zeros(1,(1+beta)*Ts);fori=1:beta*Ts;rcosw(i)=0.5+0.5*cos(pi+t(i)*pi/(beta*Ts));endrcosw(beta*Ts+1:Ts)=1;forj=Ts+1:(1+beta)*Ts+1;rcosw(j-1)=0.5+0.5*cos((t(j)-Ts)*pi/(beta*Ts));endrcosw=rcosw';%窗函數(shù)子程序function[rcosw]=rcoswifigure(4);windowed_time_wave_matrix_cp(2,:));plot(0:IFFT_bin_length-1+GI+GIP,axis([0,700,-0.2,0.2]);gridon;ylabel('Amplitude');xlabel('Time');OneSymbolPeriod');title('OFDMTimeSignalApplyaWindow,figure(4);windowed_time_wave_m加窗的帶循環(huán)前綴與后綴的一個周期的OFDM信號時域波形圖加窗的帶循環(huán)前綴與后綴的一個周期的OFDM信號時域波形圖OFDM信號頻域與加窗的OFDM信號的頻譜OFDM信號頻域與加窗的OFDM信號的頻譜%生成發(fā)送信號，并串變換symbols_per_carrier*(IFFT_bin_length+GI)+GIP);windowed_Tx_data=zeros(1,windowed_Tx_data(1:IFFT_bin_length+GI+GIP)=windowed_time_wave_matrix_cp(1,:);fori=1:symbols_per_carrier-1;windowed_Tx_data((IFFT_bin_length+GI)*i+1:(IFFT_bin_length+GI)*(i+1)+GIP)=windowed_time_wave_matrix_cp(i+1,:);end%生成發(fā)送信號，并串變換symbols_per_carrieTx_data_withoutwindow=reshape(time_wave_matrix_cp',(symbols_per_carrier)*(IFFT_bin_length+GI+GIP),1)';%不加窗數(shù)據(jù)并串變換Tx_data=reshape(windowed_time_wave_matrix_cp',(symbols_per_carrier)*(IFFT_bin_length+GI+GIP),1)';

%加窗數(shù)據(jù)(IFFT_bin_length+GI+GIP);temp_time1=(symbols_per_carrier)*Tx_data_withoutwindow=reshapefigure(5);subplot(2,1,1);plot(0:temp_time1-1,Tx_data);gridonylabel('Amplitude(volts)');xlabel('Time(samples)')title('OFDMTimeSignal')temp_time2=symbols_per_carrier*(IFFT_bin_length+GI)+GIP;subplot(2,1,2);plot(0:temp_time2-1,windowed_Tx_data);gridon;ylabel('Amplitude(volts)');xlabel('Time(samples)');title('OFDMTimeSignal');figure(5);subplot(2,1,1);plot循環(huán)前綴與循環(huán)后綴不疊加與循環(huán)前綴與循環(huán)后綴疊加OFDM信號時域波形圖循環(huán)前綴與循環(huán)后綴不疊加與循環(huán)前綴與循環(huán)后綴疊加OFDM信%經(jīng)過加性高斯白噪聲信道Tx_signal_power=var(windowed_Tx_data);linear_SNR=10^(SNR/10);noise_sigma=Tx_signal_power/linear_SNR;noise_scale_factor=sqrt(noise_sigma);noise=randn(1,((symbols_per_carrier)*(IFFT_bin_length+GI))+GIP)*noise_scale_factor;Rx_data=windowed_Tx_data+noise%經(jīng)過加性高斯白噪聲信道Tx_signal_power=%OFDM信號解調(diào)Rx_data_matrix=zeros(symbols_per_carrier,IFFT_bin_length+GI+GIP);fori=1:symbols_per_carrier;Rx_data_matrix(i,:)=Rx_data(1,(i-1)*(IFFT_bin_length+GI)+1:i*(IFFT_bin_length+GI)+GIP)endRx_data_complex_matrix=Rx_data_matrix(:,GI+1:GI+IFFT_bin_length);Y1=fft(Rx_data_complex_matrix,IFFT_bin_length,2);%OFDM信號解調(diào)Rx_data_matrix=zerosRx_carriers=Y1(:,carriers);Rx_phase=angle(Rx_carriers);Rx_mag=abs(Rx_carriers);

[M,N]=pol2cart(Rx_phase,Rx_mag);Rx_complex_carrier_matrix=complex(M,N);figure(7);plot(Rx_complex_carrier_matrix,'*r');

axis([-4,4,-4,4]);title('SNR=30dB接收數(shù)據(jù)星座圖');gridonRx_carriers=Y1(:,carriers);Rx_SNR=15dB接收數(shù)據(jù)星座圖SNR=15dB接收數(shù)據(jù)星座圖SNR=20dB接收數(shù)據(jù)星座圖SNR=20dB接收數(shù)據(jù)星座圖SNR=30dB接收數(shù)據(jù)星座圖SNR=30dB接收數(shù)據(jù)星座圖%16QAM解調(diào)Rx_serial_complex_symbols=reshape

(Rx_complex_carrier_matrix',size(Rx_complex_carrier_matrix,1)*size(Rx_complex_carrier_matrix,2),1)';Rx_decoded_binary_symbols=demoduqam16(Rx_serial_complex_symbols);baseband_in=Rx_decoded_binary_symbols;%16QAM解調(diào)Rx_serial_complex_symb%16QAM信號的解調(diào)子程序demoduqam16(Rx_serial_complex_symbols)function[demodu_bit_symble]=complex_symbols=reshape(Rx_serial_complex_symbols,length(Rx_serial_complex_symbols),1);d=1;mapping=[-3*d3*d;-d3*d;d3*d;3*d3*d;-3*dd;-dd;dd;3*dd;3*d-3*d;-d-3*d;d-3*d;3*d-3*d];-3*d-d;-d-d;d-d;3*d-d;-complex_mapping=complex(mapping(:,1),mapping(:,2));%16QAM信號的解調(diào)子程序demoduqam16(Rx_sfori=1:length(Rx_serial_complex_symbols);forj=1:16;metrics(j)=abs(complex_symbols(i,1)-complex_mapping(j,1));end[min_metricdecode_symble(i)]=min(metrics);endde2bi((decode_symble-1)','left-msb');decode_bit_symble=demodu_bit_symble=reshape(decode_bit_symble',1,length(Rx_serial_complex_symbols)*4);fori=1:length(Rx_serial_compl%誤碼率計算bit_errors=find(baseband_in~=baseband_out);bit_error_count=size(bit_errors,2)ber=bit_error_count/baseband_out_length%誤碼率計算bit_errors=find(baseband誤碼率曲線誤碼率曲線

數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)有單載波調(diào)制系統(tǒng)與多載波調(diào)制系統(tǒng)之分。單載波系統(tǒng)在數(shù)據(jù)傳輸速率不太高、多徑干擾不是特別嚴(yán)重時，通過使用合適的均衡算法可使系統(tǒng)正常工作。但是對于寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)來說，由于數(shù)據(jù)傳輸速率較高，時延擴(kuò)展造成數(shù)據(jù)符號間的相互重疊，從而產(chǎn)生符號間干擾（ISI），這對均衡提出了更高的要求，需要引入非常復(fù)雜的均衡算法，實(shí)現(xiàn)比較困難。第3章OFDM系統(tǒng)的基本原理3.1引言

多載波調(diào)制(MulticarrierModulation)采用多個載波信號。它把數(shù)據(jù)流分解為若干個子數(shù)據(jù)流，從而使子數(shù)據(jù)流具有低得多的傳輸比特速率，利用這些數(shù)據(jù)分別去調(diào)制若干個載波。所以，在多載波調(diào)制信道中，數(shù)據(jù)傳輸速率相對較低，碼元周期加長，只要時延擴(kuò)展與碼元周期相比小于一定的比值，就不會造成碼間干擾。數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)有單載波調(diào)制系統(tǒng)與多載波調(diào)制系串/并+信道積分積分積分并/串OFDM系統(tǒng)基本模型框圖頻帶OFDM符號時間表示式為3.2OFDM系統(tǒng)的基本模型3.2.1OFDM系統(tǒng)的調(diào)制和解調(diào)串/并+信道積分積分積分并/串OFDM系統(tǒng)基本模型框圖頻帶或基帶OFDM符號時間表示式為或在接收端OFDM信號的正確恢復(fù)

或基帶OFDM符號時間表示式為或在接收端OFDM信號的正確恢串/并+信道積分積分積分并/串串/并+信道積分積分積分并/串FDM與OFDM帶寬利用率的比較傳統(tǒng)的頻分復(fù)用（FDM）多載波調(diào)制技術(shù)頻率頻率節(jié)省頻帶資源正交頻分復(fù)用（OFDM）多載波調(diào)制技術(shù)tOFDM符號內(nèi)包括4個子載波的情況

OFDM系統(tǒng)中子信道符號的頻譜示意圖

FDM與OFDM帶寬利用率的比較傳統(tǒng)的頻分復(fù)用（FDM）多3.2.2OFDM系統(tǒng)的DFT/FFT實(shí)現(xiàn)3.2.2OFDM系統(tǒng)的DFT/FFT實(shí)現(xiàn)3.3OFDM的保護(hù)間隔和循環(huán)前綴OFDM數(shù)據(jù)訓(xùn)練序列OFDM數(shù)據(jù)發(fā)送端：接收端：OFDM數(shù)據(jù)訓(xùn)練序列OFDM數(shù)據(jù)無保護(hù)間隔情形加入保護(hù)間隔情形OFDM數(shù)據(jù)訓(xùn)練序列OFDM數(shù)據(jù)發(fā)送端：OFDM數(shù)據(jù)訓(xùn)練序列OFDM數(shù)據(jù)接收端：3.3OFDM的保護(hù)間隔和循環(huán)前綴OFDM數(shù)據(jù)訓(xùn)練序列OF加入循環(huán)前綴作為保護(hù)間隔的OFDM符號后一OFDM前一OFDM時間NNgIFFTIFFT保護(hù)間隔IFFT

輸出保護(hù)間隔復(fù)制加入循環(huán)前綴作為保護(hù)間隔的OFDM符號后一OFDM前一OF一個OFDM系統(tǒng)較完整實(shí)現(xiàn)框圖S/P星座映射IFFTP/SCPD/A多徑信道A/DS/PCPFFT星座反映射P/S一個OFDM系統(tǒng)較完整實(shí)現(xiàn)框圖S/P星IP/SCPD/A多3.4帶外功率輻射以及加窗技術(shù)OFDM信號的時域表達(dá)式（復(fù)包絡(luò)）是功率歸一化因子。OFDM符號的頻域：

由于OFDM符號每個子載波的功率譜大致呈抽樣函數(shù)形狀，旁瓣的振蕩衰減比較慢，所以導(dǎo)致OFDM符號的整個功率譜帶外輻射比較大。3.4帶外功率輻射以及加窗技術(shù)OFDM信號的時域表達(dá)式（復(fù)OFDM信號的功率譜密度OFDM信號的功率譜密度32個子載波的OFDM信號的功率譜密度32個子載波的OFDM信號的功率譜密度子載波個數(shù)為16、64和256的OFDM系統(tǒng)的PSD

子載波個數(shù)為16、64和256的OFDM系統(tǒng)的PSD升余弦窗函數(shù)定義

128子載波、滾降系數(shù)分別為0（矩形函數(shù)）、0.025、0.05、0.1和0.5的升余弦窗函數(shù)對OFDM系統(tǒng)功率譜密度的影響升余弦窗函數(shù)定義128子載波、滾降系數(shù)分別為0（經(jīng)過加窗處理后的OFDM符號示意圖

經(jīng)過加窗處理后的OFDM符號示意圖3.5OFDM的參數(shù)選擇

在OFDM系統(tǒng)中，需要確定的參數(shù)有：符號周期、保護(hù)間隔、子載波的數(shù)量。（1）確定保護(hù)間隔

一般選擇保護(hù)間隔的時間長度為時延擴(kuò)展均方根值的2～4倍。（2）選擇符號周期

一個OFDM符號總的時間長度由保護(hù)間隔和有用符號持續(xù)時間（簡稱符號周期）構(gòu)成。一般選擇符號周期長度至少是保護(hù)間隔長度的5倍。

可以計算在符號周期為保護(hù)間隔5倍的情況下，因插入保護(hù)比特所造成的信噪比損失有1dB左右。3.5OFDM的參數(shù)選擇在OFDM系統(tǒng)中，（3）確定子載波的數(shù)量

子載波的數(shù)量可以直接利用-3dB帶寬除以子載波間隔（即去掉保護(hù)間隔之后的符號周期的倒數(shù)）得到。

或者，可以利用所要求的比特速率除以每個子信道中的比特速率來確定子載波的數(shù)量。

每個子信道中傳輸?shù)谋忍厮俾视烧{(diào)制類型、編碼速率以及符號速率來確定。

例：要求設(shè)計系統(tǒng)滿足如下條件：

比特率：25Mbit/s

可容忍的時延擴(kuò)展：200ns

帶寬：<18MHz（3）確定子載波的數(shù)量子載波的數(shù)量可以直接解：保護(hù)間隔：OFDM符號長度：子載波間隔：每個OFDM符號需要傳送比特數(shù)：方案一：選擇16QAM和碼率為1/2的編碼方法。

每個子載波可以攜帶2bit的有用信息，因此，需要60個子載波來滿足每個符號120bit的傳輸速率。解：保護(hù)間隔：OFDM符號長度：子載波間隔：每個OFD方案二：利用QPSK和碼率為3/4的編碼方法。

每個子載波可以攜帶1.5bit的有用信息，因此需要80個子載波來傳輸。

80子載波就意味著帶寬為不滿足系統(tǒng)要求，不能使用。方案二：利用QPSK和碼率為3/4的編碼方法。實(shí)例3-1OFDM信號的產(chǎn)生與解調(diào)clearall;closeall;carrier_count=200;symbols_per_carrier=20;bits_per_symbol=4;IFFT_bin_length=512;PrefixRatio=1/4;GI=PrefixRatio*IFFT_bin_length;beta=1/32;GIP=beta*(IFFT_bin_length+GI);SNR=30;3.7仿真實(shí)例實(shí)例3-1OFDM信號的產(chǎn)生與解調(diào)clearall%OFDM信號產(chǎn)生

baseband_out_length=carrier_count*symbols_per_carrier–floor(carrier_count/2));*bits_per_symbol;carriers=(1:carrier_count)+(floor(IFFT_bin_length/4)conjugate_carriers=IFFT_bin_length-carriers+2;baseband_out=round(rand(1,baseband_out_length));%OFDM信號產(chǎn)生baseband_out_length%16QAM調(diào)制并繪制星座圖complex_carrier_matrix=qam16(baseband_out);complex_carrier_matrix=reshape(complex_carrier_matrix',…carrier_count,symbols_per_carrier)';figure(1);plot(complex_carrier_matrix,'*r');axis([-4,4,-4,4]);title('16QAM調(diào)制后星座圖');gridon%16QAM調(diào)制并繪制星座圖complex_carrier_%16QAM調(diào)制子程序function[complex_qam_data]=qam16(bitdata)X1=reshape(bitdata,4,length(bitdata)/4)'d=1;fori=1:length(bitdata)/4;forj=1:4X1(i,j)=X1(i,j)*(2^(4-j));endsource(i,1)=1+sum(X1(i,:));

end%16QAM調(diào)制子程序function[complex_mapping=[-3*d3*d;-d3*d;d3*d;3*d3*d;-3*dd;-dd;dd;3*dd;3*d-3*d;-d-3*d;d-3*d;3*d-3*d];-3*d-d;-d-d;d-d;3*d-d;-fori=1:length(bitdata)/4qam_data(i,:)=mapping(source(i),:);

end(qam_data(:,1),qam_data(:,2));complex_qam_data=complexmapping=[-3*d3*d;-d3*d;d發(fā)送16QAM信號星座圖發(fā)送16QAM信號星座圖%IFFT，即進(jìn)行OFDM調(diào)制。,IFFT_bin_length);IFFT_modulation=zeros(symbols_per_carrierIFFT_modulation(:,carriers)=complex_carrier_matrix;IFFT_modulation(:,conjugate_carriers)=conj(complex_carrier_matrix);=ifft(IFFT_modulation,IFFT_bin_length,2);signal_after_IFFTtime_wave_matrix=signal_after_IFFT;%IFFT，即進(jìn)行OFDM調(diào)制。,IFFT_bin_lengfigure(2);plot(0:IFFT_bin_length-1,time_wave_matrix(2,:));

axis([0,512,-0.4,0.4]);gridon;ylabel('Amplitude');xlabel('Time');title('OFDMTimeSignal,OneSymbolPeriod');figure(2);plot(0:IFFT_bin_leng一個周期的OFDM信號時域波形一個周期的OFDM信號時域波形%添加循環(huán)前綴與循環(huán)后綴XX=zeros(symbols_per_carrier,IFFT_bin_length+GI+GIP);fork=1:symbols_per_carrier;fori=1:IFFT_bin_length;XX(k,i+GI)=signal_after_IFFT(k,i);endfori=1:GI;XX(k,i)=signal_after_IFFT(k,i+IFFT_bin_length-GI);

endforj=1:GIP;XX(k,IFFT_bin_length+GI+j)=signal_after_IFFT(k,j);endend%添加循環(huán)前綴與循環(huán)后綴XX=zeros(symbols_ptime_wave_matrix_cp=XX;figure(3);plot(0:length(time_wave_matrix_cp)-1,time_wave_matrix_cp(2,:));axis([0,600,-0.3,0.3]);gridon;ylabel('Amplitude');xlabel('Time');title('OFDMTimeSignalwithCP,OneSymbolPeriod');time_wave_matrix_cp=XX;figure帶循環(huán)前綴與后綴的一個周期的OFDM信號時域波形

帶循環(huán)前綴與后綴的一個周期的OFDM信號時域波形%OFDM符號加窗=zeros(1,IFFT_bin_length+GI+GIP);windowed_time_wave_matrix_cpfori=1:symbols_per_carrierwindowed_time_wave_matrix_cp(i,:)=…real(time_wave_matrix_cp(i,:)).*rcoswindow(beta,IFFT_bin_length+GI)';end%OFDM符號加窗=zeros(1,IFFT_bin_len%窗函數(shù)子程序function[rcosw]=rcoswindow(beta,Ts)t=0:(1+beta)*Ts;rcosw=zeros(1,(1+beta)*Ts);fori=1:beta*Ts;rcosw(i)=0.5+0.5*cos(pi+t(i)*pi/(beta*Ts));endrcosw(beta*Ts+1:Ts)=1;forj=Ts+1:(1+beta)*Ts+1;rcosw(j-1)=0.5+0.5*cos((t(j)-Ts)*pi/(beta*Ts));endrcosw=rcosw';%窗函數(shù)子程序function[rcosw]=rcoswifigure(4);windowed_time_wave_matrix_cp(2,:));plot(0:IFFT_bin_length-1+GI+GIP,axis([0,700,-0.2,0.2]);gridon;ylabel('Amplitude');xlabel('Time');OneSymbolPeriod');title('OFDMTimeSignalApplyaWindow,figure(4);windowed_time_wave_m加窗的帶循環(huán)前綴與后綴的一個周期的OFDM信號時域波形圖加窗的帶循環(huán)前綴與后綴的一個周期的OFDM信號時域波形圖OFDM信號頻域與加窗的OFDM信號的頻譜OFDM信號頻域與加窗的OFDM信號的頻譜%生成發(fā)送信號，并串變換symbols_per_carrier*(IFFT_bin_length+GI)+GIP);windowed_Tx_data=zeros(1,windowed_Tx_data(1:IFFT_bin_length+GI+GIP)=windowed_time_wave_matrix_cp(1,:);fori=1:symbols_per_carrier-1;windowed_Tx_data((IFFT_bin_length+GI)*i+1:(IFFT_bin_length+GI)*(i+1)+GIP)=windowed_time_wave_matrix_cp(i+1,:);end%生成發(fā)送信號，并串變換symbols_per_carrieTx_data_withoutwindow=reshape(time_wave_matrix_cp',(symbols_per_carrier)*(IFFT_bin_length+GI+GIP),1)';%不加窗數(shù)據(jù)并串變換Tx_data=reshape(windowed_time_wave_matrix_cp',(symbols_per_carrier)*(IFFT_bin_length+GI+GIP),1)';

%加窗數(shù)據(jù)(IFFT_bin_length+GI+GIP);temp_time1=(symbols_per_carrier)*Tx_data_withoutwindow=reshapefigure(5);subplot(2,1,1);plot(0:temp_time1-1,Tx_data);gridonylabel('Amplitude(volts)');xlabel('Time(samples)')title('OFDMTimeSignal')temp_time2=symbols_per_carrier*(IFFT_bin_length+GI)+GIP;subplot(2,1,2);plot(0:temp_time2-1,windowed_Tx_data);gridon;ylabel('Amplitude(volts)');xlabel('Time(samples)');title('OFDMTimeSignal');figure(5);subplot(2,1,1);plot循環(huán)前綴與循環(huán)后綴不疊加與循環(huán)前綴與循環(huán)后綴疊加OFDM信號時域波形圖循環(huán)前綴與循環(huán)后綴不疊加與循環(huán)前綴與循環(huán)后綴疊加OFDM信%經(jīng)過加性高斯白噪聲信道Tx_signal_power=var(windowed_Tx_data);linear_SNR=10^(SNR/10);noise_sigma=Tx_signal_power/linear_SNR;noise_scale_factor=sqrt(noise_sigma);noise=randn(1,((symbols_per_carrier)*(IFFT_bin_length+GI))+GIP)*noise_scale_factor;Rx_data=windowed_Tx_data+noise%經(jīng)過加性高斯白噪聲信道Tx_signal_power=%OFDM信號解調(diào)Rx_data_matrix=zeros(symbols_per_carrier,IFFT_