simulink的OFDM通信系统仿真

总体设计

发射端对应图中的上半部分，具体流程为，产生二进制数据→经过卷积码编码→16QAM调制→OFDM系统基带信号调制并加人循环前缀保护间隔→并/串变换等步骤，信道模块选用多径瑞利衰落信道和高斯白噪声信道，接收端对应图中的下半部分，具体流程为，串/并变换→删除循环前缀→OFDM系统基带信号解调→进行信道估计→进行0删除→16QAM解调→维特比译码→进行误码率计算与统计。整个建模系统包含卷积码信道编码、维特比信道译码、16QAM数字调制和解调、IFFT/FFT变换、串并转换和并串转换、加/去保护间隔模块等。系统实现框图如图所示。

为了简化设计，体现OFDM的核心内容，本建模设计做了基带信号传输，忽略了交织、数模转换和数字上下变频内容。本文设计系统的具体过程为：产生的二进制比特序列数据完成卷积码信道编码来提高传输系统的可靠性。符号映射选择16QAM，因为16QAM调制映射符号的码元利用率高，在信道条件好（即信噪比较大）的前提下可有效增强OFDM传输系统的有效性。形成的调制信息经过串并转换模块后为一组复数序列 。对这一组复数序列 进行IFFT，IFFT的作用为将数字序列的频谱经过离散傅里叶反变换得到频域 对应的时域序列，即OFDM已调信号的时域抽样序列。对得到的OFDM已调信号的时域抽样序列加上循环前缀cp保护间隔，得到OFDM已调信号的频带时域波形。接收端先对接收信号具体过程为发送端的反过程，信道译码为Viterbi 译码。最后将输出信号与输入信号进行比较就可以测算出误码率。本文的OFDM系统仿真结构框图如下：

 子载波为16QAM的OFDM系统仿真结构图.

发射端

本文设计的OFDM系统的发送端重点在于IFFT变换，流程如下图所示， 510x1的向量插入0转换为511x1的向量，后与511x1的训练导频合并，并为了进行IFFT调制并且满足调制条件，需补0形成1024x2的矩阵，经过IFFT后，在进行CP循环前缀的插入。

在Simulink中设计的子模块如下图所示

OFDM调制系统仿真图

本OFDM调制将该信号分为两部分即码元速率变为原始信号的1/2，在两路分开的信号合在一起后补了一个0。

补零模块

补零模块参数设置图形如图所示：

 补零模块参数

本文设计的OFDM调制模块中，CP循环前缀的添加具体为，将IFFT变换后的1024 x2的矩阵中每一行的500—1024位，共525个数据加到1024 x2的矩阵中每一行的前面。

具体的设置参数如下图所示：

 加入循环前缀参数

插入训练导频模块

由于现在数据为由训练导频和发送数据组成经过IFFT和插入CP前缀的1549x2的矩阵，需要将矩阵变换为3098x1帧的形式，然后再转化为数据流在信道上面传输。具体流程图与在Simulink中设计的子模块如下图所示为：

图3.12 插入训练导频模块流程图

经过插入训练导频模块后，再使用并/串模块中的unbuffer子模块将帧形式的数据转化为一个一个发送的数据流，进而在信道中传输。

本文设计的OFDM通信系统所用的信道是AWNG加性高斯白噪声信道和瑞利平稳衰落信道。其中多径瑞利衰落信道模型的参数设置如下，最大多普勒频移位40Hz，各个路径的时延为[0 2e-9 150e-9 310e-9 370e-9 710e-9 1090e-9 1730e-9 2510e-9]，各个路径的增益为[0 -1.5 -1.4 -3.6 -0.6 -9.1 -7.0 -12.0 -16.9]；

 多径瑞利衰落信道参数

AWGN信道模的参数设置如下：

高斯白噪声信道参数

当信噪比为10dB时，信号经过多径瑞利衰落信道和AWGN信道模型后的频谱波形如图所示：

 信号频谱图

接收端

分离训练导频模块

本分离训练导频模块的实现思路是3098x1的输入帧经过行选择器模块分为两路1549x1的帧格式，然后转换为1549x2的矩阵。

设计思路以及仿真流程如下所示：

 分离训练导频流程仿真图

去CP循环与OFDM解调模块

去CP循环是将数据前的525个数据去掉，参数设置如下图所示：

 去循环前缀参数

OFDM解调是对发送端的IFFT数据进行FFT，经过发送端相应步骤的逆变换得到训练导频数据和符号映射后的数据。设计模块以及仿真流程如下图所示。

OFDM解调模块

在上述模块中也去掉了发送端为实现IFFT添加的0，其设置参数如下图所示。最后将数据转换为帧为511x1的训练导频帧和511x1的数据帧。

 去零模块参数

在发送端为了进行信道同步和信道估计，使用PN序列发生器产生了一个511x1的随机序列。在接收端分离出此511x1的随机序列，用相同的PN序列与接收到的PN序列相乘得到信道变化因数，使用该信道变化因数乘以接收数据序列即可得到信道估计矫正后的数据。PN序列发生器参数如下所示：

PN序列发生器参数

接下来去除数据帧中间的0（OFDM调制子模块的0），参数如下所示。

去零模块参数

BPSK、QPSK、16QAM、64QAM误码率曲线