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1、目 录摘 要1Abstract11引言12 OFDM系统介绍32.1 OFDM系统的基本原理32.2 OFDM系统的基本模型52.3 OFDM技术的应用领域62.4 OFDM技术的优缺点73 OFDM关键技术93.1时域和频域同步93.2信道估计技术93.3 信道编码和交织123.4 降低均峰功率比 123.5均衡124 基于Simulink的OFDM通信系统仿真及分析12 4.1 MATLAB/Simulink概述124.2 OFDM通信系统实现 13 4.3 仿真结果分析14结束语17参考文献17OFDM传输技术研究学生姓名：杨京 学号：20095044048学 院：物理电子工程学院 专业
2、：电子科学与技术指导教师：孙秋菊 职称：讲师摘 要：正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing , OFDM)是一种高效的多载波宽带数字调制技术，是第四代移动通信技术的核心技术。由于其克服多径干扰、消除符号间干扰的能力强和频谱利用率高的优点，应用越来越广泛。本文首先概括性地介绍正交频分复用技术的发展史，然后重点研究了OFDM通信系统的基本原理并综合分析OFDM的优缺点，最后讨论了基于Simulink的OFDM通信系统的仿真及分析。本文的讨论与结论对准确理解和熟练应用OFDM传输技术有一定参考作用。关键词：正交频分复用；通信系统；仿真The
3、 Research of OFDM Transmission TechnologyAbstract:OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)is an efficient multi-carrier broadband digital modulation technology,which is the core techniques of the fourth generation technology.For its advantages of good resistance of the frequeney selecti
4、ve declining or clipping interference,high spectrun efficiency,OFDM is applied more and more extensively. Firstly, the development history of OFDM technology is introduced generally in this text. Secondly, the basic principle and the key technology of OFDM communication system are studied essentiall
5、y as well as its advantages and disadvantages. Finally, the simulation and analysis of OFDM communication system are discussed. The discussion and conclusion of accurate understanding and skilled application have certain reference function on OFDM transmission technology.Keywords: Orthogonal Frequen
6、cy Division Multiplexing；Communication System；Simulation 1引言OFDM的英文全称为Orthogonal Frequency-Division Multiplexing，中文含义为正交频分复用。这种技术是HPA联盟（HomePlug Powerline Alliance）工业规范的基础，它采用一种不连续的多音调技术，将被称为载波的不同频率中的大量信号合并成单一的信号，从而完成信号传送。由于这种技术具有在杂波干扰下传送信号的能力，因此常常会被用在容易受外界干扰或者抵抗外界干扰能力较差的传输介质中。其实，OFDM并不是如今发展起来的新技术，O
7、FDM技术的应用已有近40年的历史，主要用于军用的无线高频通信系统。但是，一个OFDM系统的结构非常复杂，从而限制了其进一步推广。直到上世纪70年代，人们采用离散傅立叶变换来实现多个载波的调制，简化了系统结构，使得OFDM技术更趋于实用化。80年代，人们研究如何将OFDM技术应用于高速MODEM。进入90年代以来，OFDM技术的研究深入到无线调频信道上的宽带数据传输。目前OFDM技术已经被广泛应用于广播式的音频、视频领域和民用通信系统，主要的应用包括：非对称的数字用户环路（ADSL）、ETSI标准的数字音频广播（DAB）、数字视频广播（DVB）、高清晰度电视（HDTV）、无线局域网（WLAN）
8、等。现在OFDM已经在欧洲的数字音视频广播（如DAB和DVB）、欧洲和北美的高速无线局域网系统（如HIPERLAN2、IEEE 802.11a）、高比特率数字用户线（如ADSL、VDSL）以及电力线载波通信（PLC）中得到了广泛的应用1。上个世纪70年代，韦斯坦（Weistein）和艾伯特（Ebert）等人应用离散傅里叶变换（DFT）和快速傅里叶方法（FFT）研制了一个完整的多载波传输系统，叫做正交频分复用（OFDM）系统。OFDM是正交频分复用的英文缩写。正交频分复用是一种特殊的多载波传输方案。OFDM应用离散傅里叶变换（DFT）和其逆变换（IDFT）方法解决了产生多个互相正交的子载波和从子
9、载波中恢复原信号的问题。这就解决了多载波传输系统发送和传送的难题。应用快速傅里叶变换更使多载波传输系统的复杂度大大降低。从此OFDM技术开始走向实用。但是应用OFDM系统仍然需要大量繁杂的数字信号处理过程，而当时还缺乏数字处理功能强大的元器件，因此OFDM技术迟迟没有得到迅速发展。近些年来，集成数字电路和数字信号处理器件的迅猛发展，以及对无线通信高速率要求的日趋迫切，OFDM技术再次受到了重视。在上个世纪60年代已经提出了使用平行数据传输和频分复用(FDM)的概念。1970年，美国申请和发明了一个专利，其思想是采用平行的数据和子信道相互重叠的频分复用来消除对高速均衡的依赖，用于抵制冲激噪声和多
10、径失真，而能充分利用带宽。这项技术最初主要用于军事通信系统。但在以后相当长的一段时间，OFDM理论迈向实践的脚步放缓了。由于OFDM各个子载波之间相互正交，采用FFT实现这种调制，但在实际应用中，实时傅立叶变换设备的复杂度、发射机和接收机振荡器的稳定性以及射频功率放大器的线性要求等因素都成为OFDM技术实现的制约条件。在二十世纪80年代，MCM获得了突破性进展，大规模集成电路让FFT技术的实现不再是难以逾越的障碍，一些其它难以实现的困难也都得到了解决，自此，OFDM走上了通信的舞台，逐步迈向高速数字移动通信的领域2。80年代后，OFDM的调整技术再一次成为研究热点。例如，在有线信道的研究中，H
11、irosaki于1981年用DFT完成的OFDM调整技术，试验成功了16QAM多路并行传送19.2kbit/s的电话线MODEM。进入90年代，OFDM的应用又涉及到了利用移动调频和单边带（SSB）信道进行高速数据通信，陆地移动通信，高速数字用户环路（HDSL），非对称数字用户环路（ADSL）及高清晰度数字电视（HDTV）和陆地广播等各种通信系统。由于技术的可实现性，在二十世纪90年代，OFDM广泛用于各种数字传输和通信中，如移动无线FM信道，高比特率数字用户线系统(HDSL)，不对称数字用户线系统(ADSL)，甚高比特率数字用户线系统(HDSI)，数字音频广播(DAB)系统，数字视频广播(D
12、VB)和HDTV地面传播系统。1999年，IEEE802.lla通过了一个SGHz的无线局域网标准，其中OFDM调制技术被采用为物理层标准，使得传输速率可以达54MbPs。这样，可提供25MbPs的无线ATM接口和10MbPs的以太网无线帧结构接口，并支持语音、数据、图像业务。这样的速率完全能满足室内、室外的各种应用场合。欧洲电信组织(ETsl)的宽带射频接入网的局域网标准HiperiLAN2也把OFDM定为它的调制标准技术。2 OFDM系统介绍2.1 OFDM系统的基本原理OFDM是一种无线环境下的高速率传输技术。一般来说，无线信道的频率响应曲线应是非平坦的，OFDM技术的主要思路是把给定信
13、道在频域范围内划分成若干正交子信道，而利用子载波在各个子信道上完成调制作用，各子载波采用并行传输的方式。由于OFDM技术的这种特性，它的子信道的频率响应曲线是平坦的，而在很大程度上消除了波形间干扰。OFDM系统各子信道上的载波相互具有正交性，且频谱互相重叠，这种方式减小了子载波间的互相干扰，又在一定程度上使频谱利用率提高。本文介绍的OFDM技术凭借其多径衰落能力强、抗窄带干扰、频普利用率高等突出优点正逐步发展为下一代移动通信系统的重要技术。多径效应造成频率选择性衰落引起码间干扰，使得接收端正确解调困难。严重时，单靠增加发射功率提高接收端的信噪比并不能降低误码率，而OFDM技术是目前进行无线高速
14、数据传输时提高资源利用率、克服多径效应的最有效的方法2。下面将重点介绍OFDM系统的基本框架以及该技术相关工作原理，例如：保护间隔、快速傅立叶变换实现等。OFDM系统组成框图如图1所示。其中，上半部分对应于发射机链路，下半部分对应于接收机链路，整个系统包含信道编/解码、数字调制/解调、IFFT/FFT、加/去保护间隔和数字上/下变频。图1 OFDM系统框图输入比特序列完成信道编码后，根据采用的调制方式，完成相应的调制映射，形成调制信息序列，对进行IFFT，将数据的频谱表达式变换到时域上，得到OFDM已调信号的时域抽样序列，加上保护间隔（通常采用添加循环前缀的方式），再进行数字变频，得到OFDM
15、已调信号的频带时域波形。接收端先对接收信号进行数字下变频，去掉保护间隔，得到OFDM已调信号的抽样序列，对该抽样序列做FFT即得到原调制信息序列 。（1）信道编码为了提高数字通信系统的性能，信道编码（通常还伴有交织）是普遍采用的方法。在OFDM系统中，如果信道衰落不是太严重，均衡是无法再利用信道的分集特性来改善系统性能的，因为OFDM系统自身具有利用信道分集特性的能力，一般的信道特性信息已经被OFDM这种调制方式本身所利用了。但是，OFDM系统的结构却为在子载波间进行编码提供了机会，形成COFDM（前置编码OFDM）方式。编码可以采用各种码，如分组码、卷积码等，其中卷积码的效果要比分组码好，但
16、分组码的编解码实现更为简单。 （2）子载波调制传输信号进行信道编码后，要进行子载波的数字调制将其转换成载波幅度和相位的映射，一般采用QAM或MPSK方式。各子载波不必要采用相同的状态数（进制数），甚至不必要采用相同的调制方式。这使得OFDM支持的传输速率可以在一个较大的范围内变化，并可以根据子信道的干扰情况，在不同的子信道上采用不同状态数的调制，甚至采用不同的调制方式。调制信号星座在IFFT之前根据调制模式形成。（3）保护间隔应用OFDM的一个重要原因在于它可以有效地对抗多径时延扩展。把输入数据流串并变换到N个并行的子信道中，使得每一个调制子载波的数据周期可以扩大为原始数据符号周期的N倍，因此
17、时延扩展与符号周期的数值比也同样降低N倍。另外，通过在每个OFDM符号间插入保护间隔（GI，Guard Interval）可以进一步抵制符号间干扰（ISI），还可以减少在接收端的定时偏移错误。这种保护间隔是一种循环复制，增加了符号的波形长度，在符号的数据部分，每一个子载波内有一个整数倍的循环，此种符号的复制产生了一个循环的信号，即将每个OFDM符号的后时间中的样点复制到OFDM符号的前面，形成循环前缀（CP，Cyclic Prefix），在交接点没有任何的间断。因此将一个符号的尾端复制并补充到起始点增加了符号时间的长度。（4）数字上下变频OFDM调制器的输出产生了一个基带信号，发射机将此基带信
18、号与所需传输的频率进行上变频操作，接收机需要对中频进行接收，之后进行OFDM基带解调。上下变频部分可由模拟技术或数字技术完成，两种技术虽然完成同样的操作，但是由于数字调制技术提高了I、Q信道间的匹配性和数字I、Q调制器相位准确性，将会使混频结果更精确。另外，上下变频中通常伴有基带成形滤波器和采样率转换器等，采用数字技术更利于实现。2.2 OFDM信号的基本模型正交频分复用OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplex)是一种多载波调制方式，通过减小和消除码间串扰的影响来克服信道的频率选择性衰落。它的基本原理是将信号分割为N个子信号，然后用N个子信号分别
19、调制N个相互正交的子载波。由于子载波的频谱相互重叠，因而可以得到较高的频谱效率。近几年OFDM在无线通信领域得到了广泛的应用。当调制信号通过无线信道到达接收端时，由于信道多径效应带来的码间串扰的作用，子载波之间不再保持良好的正交状态，因而发送前需要在码元间插入保护间隔。如果保护间隔大于最大时延扩展，则所有时延小于保护间隔的多径信号将不会延伸到下一个码元期间，从而有效地消除了码间串扰。当采用单载波调制时，为减小ISI的影响，需要采用多级均衡器，这会遇到收敛和复杂性高等问题。在发射端，首先对比特流进行QAM或QPSK调制，然后依次经过串并变换和IFFT变换，再将并行数据转化为串行数据，加上保护间隔
20、（又称“循环前缀”），形成OFDM码元。在组帧时，须加入同步序列和信道估计序列，以便接收端进行突发检测、同步和信道估计，最后输出正交的基带信号。当接收机检测到信号到达时，首先进行同步和信道估计。当完成时间同步、小数倍频偏估计和纠正后，经过FFT变换，进行整数倍频偏估计和纠正，此时得到的数据是QAM或QPSK的已调数据。对该数据进行相应的解调，就可得到比特流。OFDM提高频谱效率FDM/FDMA（频分复用/多址）技术其实是传统的技术，将较宽的频带分成若干较窄的子带（子载波）进行并行发送是最朴素的实现宽带传输的方法。但是为了避免各子载波之间的干扰，不得不在相邻的子载波之间保留较大的间隔（如图（a）
21、所示），这大大降低了频谱效率。因此，频谱效率更高的TDM/TDMA（时分复用/多址）和CDM/CDMA技术成为了无线通信的核心传输技术。但近几年，由于数字调制技术FFT（快速傅里叶变换）的发展，使FDM技术有了革命性的变化。FFT允许将FDM的各个子载波重叠排列，同时保持子载波之间的正交性（以避免子载波之间干扰）。如图（b）所示，部分重叠的子载波排列可以大大提高频谱效率，因为相同的带宽内可以容纳更多的子载波。2.3 OFDM技术的应用领域(1)移动通信领域OFDM技术的数据传输速度相当于GSM(Global System for Mobile Communication，全球移动通信系统)和C
22、DMA(Code Division Multiple Access，码分多址)技术标准的10倍。从理论上讲，OFDM技术要优越于当前的全球移动运营商所采用的标准技术。预计第三代以后的移动通信的主流技术将是OFDM技术。但问题是其成本和兼容性等问题与当前技术相比是否具有竞争力。近年来，OFDM开始与CDMA技术相结合，产生了MC-CDMA。该技术除了继承了DS-CDMA的优点外，还具有灵活、高系统容量、强抗干扰、无需复杂的均衡等优点。(2)数字传输领域OFDM在数字广播领域也有杰出的表现。DAB(Digital Audio Broadcasting，数字语音广播)/DMB(Digital Mul
23、timedia Broadcasting，数字多媒体广播)具有音质好(CD质量)、可实现多媒体接收、可加密、并可利用卫星大幅度提高广播的覆盖率等优点，是广播事业发展中的一个新的里程碑。采用OFDM技术后，系统发射功率减小、可高速移动接收、频谱利用率高、有很强的抗干扰和在恶劣环境下接收的能力，有效的实现了数据高速可靠的传输。(3)计算机网络领域近年来，Internet以惊人的速度发展，Internet的用户众多，分布广泛，传统Modem仅能提供56Kbps的速度，ISDN业务最多也只能提供128Kbps的速度，这些都难以满足Internet飞速发展的需要。宽带技术开始兴起，OFDM则以其良好的性
24、能在该领域得到很好的应用。如已经进入千家万户的ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Loop，非对称数字用户环路)和正在不断升温的VDSL(Very High Bit Rate Digital Subscriber Line，甚高速数字用户线路)。VDSL不对称工作时，上行速率为1.6到2.3Mbps，下行速率可高达52Mbps；对称工作时，尚下行速率均可高达26Mbpso ADSL采用不对称工作方式，下行速率8Mbps，远高于ISDN速率；而且上行速率也有1M bps，传输距离则达到3000m-5000m。在无线局域网领域，IEEE于1999年通过了一个5GH
25、z的无线局域网标准802.11a，其中OFDM调制技术被作为它的物理层标准。802.11a工作于5.15-5.25GHz、5.25-5.35GHz或5.725-5.825GHz频段，能提供的速率有6、12、18、24、36、48和54Mbps，其中必须支持6、12和24 Mbps。802.11a使用52个子载波，调制方式有BPSK、QPSK、16QAM及64QAM，采用了编码率为1/2，2/3和3/4的前向纠错编码。ETSI的宽带无线接入网(BRAN)项目HyperLAN2也把OFDM定为它的调制标准技术。在未来的宽带接入系统中，OFDM将是一项基本技术。目前，OFDM在电力线网络领域中也得到
26、了应用。2.4 OFDM技术的优缺点OFDM存在很多技术优点见如下，在3G、4G中被运用，作为通信方面其有很多优势：（1） 在窄带带宽下也能够发出大量的数据。OFDM技术能同时分开至少1000个数字信号，而且在干扰的信号周围可以安全运行的能力将直接威胁到目前市场上已经开始流行的CDMA技术的进一步发展壮大的态势，正是由于具有了这种特殊的信号“穿透能力”使得OFDM技术深受欧洲通信营运商以及手机生产商的喜爱和欢迎，例如加利福尼亚Cisco系统公司、纽约Flarion工学院以及朗讯工学院等开始使用，在加拿大Wi-LAN工学院也开始使用这项技术。(2) OFDM技术能够持续不断地监控传输介质上通信特
27、性的突然变化，由于通信路径传送数据的能力会随时间发生变化，所以OFDM能动态地与之相适应，并且接通和切断相应的载波以保证持续地进行成功的通信；(3) 该技术可以自动地检测到传输介质下哪一个特定的载波存在高的信号衰减或干扰脉冲，然后采取合适的调制措施来使指定频率下的载波进行成功通信；(4) OFDM技术特别适合使用在高层建筑物、居民密集和地理上突出的地方以及将信号散播的地区。高速的数据传播及数字语音广播都希望降低多径效应对信号的影响。(5) OFDM技术的最大优点是对抗频率选择性衰落或窄带干扰。在单载波系统中，单个衰落或干扰能够导致整个通信链路失败，但是在多载波系统中，仅仅有很小一部分载波会受到
28、干扰。对这些子信道还可以采用纠错码来进行纠错。(6) 可以有效地对抗信号波形间的干扰，适用于多径环境和衰落信道中的高速数据传输。当信道中因为多径传输而出现频率选择性衰落时，只有落在频带凹陷处的子载波以及其携带的信息受影响，其他的子载波未受损害，因此系统总的误码率性能要好得多。(7) 通过各个子载波的联合编码，具有很强的抗衰落能力。OFDM技术本身已经利用了信道的频率分集，如果衰落不是特别严重，就没有必要再加时域均衡器。通过将各个信道联合编码，则可以使系统性能得到提高。(8) OFDM技术抗窄带干扰性很强，因为这些干扰仅仅影响到很小一部分的子信道。(9) 可以选用基于IFFT/FFT的OFDM实
29、现方法；(10) 信道利用率很高，这一点在频谱资源有限的无线环境中尤为重要；当子载波个数很大时，系统的频谱利用率趋于2Baud/Hz。（baud 即 波特；1 Baud = log2M (bit/s) ，其中M是信号的编码级数。虽然OFDM有上述优点，但是同样其信号调制机制也使得OFDM信号在传输过程中存在着一些劣势：(1)对相位噪声和载波频偏十分敏感这是OFDM技术一个非常致命的缺点，整个OFDM系统对各个子载波之间的正交性要求格外严格，任何一点小的载波频偏都会破坏子载波之间的正交性，引起ICI，同样，相位噪声也会导致码元星座点的旋转、扩散，从而形成ICI。而单载波系统就没有这个问题，相位噪
30、声和载波频偏仅仅是降低了接收到的信噪比SNR，而不会引起互相之间的干扰。(2)峰均比过大OFDM信号由多个子载波信号组成，这些子载波信号由不同的调制符号独立调制。同传统的恒包络的调制方法相比，OFDM调制存在一个很高的峰值因子。因为OFDM信号是很多个小信号的总和，这些小信号的相位是由要传输的数据序列决定的。对某些数据，这些小信号可能同相，而在幅度上叠加在一起从而产生很大的瞬时峰值幅度。而峰均比过大，将会增加A/D和D/A的复杂性，而且会降低射频功率放大器的效率。同时，在发射端，放大器的最大输出功率就限制了信号的峰值，这会在OFDM频段内和相邻频段之间产生干扰。(3)所需线性范围宽由于OFDM
31、系统峰值平均功率比(PAPR)大，对非线性放大更为敏感，故OFDM调制系统比单载波系统对放大器的线性范围要求更高。3 OFDM关键技术3.1 时域和频域同步技术OFDM系统对定时和频率偏移敏感，特别是实际应用中可能与FDMA、TDMA和CDMA等多址方式结合使用时，时域和频率同步显得尤为重要。与其它数字通信系统一样，同步分为捕获和跟踪两个阶段。在下行链路中，基站向各个移动终端广播式发同步信号，所以，下行链路同步相对简单，较易实现。在上行链路中，来自不同移动终端的信号必须同步到达基站，才能保证子载波间的正交性。基站根据各移动终端发来的子载波携带信息进行时域和频域同步信息的提取，再由基站发回移动终
32、端，以便让移动终端进行同步。具体实现时，同步将分为时域同步和频域同步，也可以时频域同时进行同步。3.2 信道估计技术在OFDM系统中，信道估计器的设计主要有两个问题：一是导频信息的选择。由于无线信道常常是衰落信道，需要不断对信道进行跟踪，因此导频信息也必须不断的传送。二是既有较低的复杂度又有良好的导频跟踪能力的信道估计器的设计。在实际设计中，导频信息选择和最佳估计器的设计通常又是相互关联的，因为估计器的性能与导频信息的传输方式有关。为了能够清晰的了解无线移动信道怎样制约OFDM系统在无线环境下的性能，我们首先需要去了解无线信道的基本知识。无线信道的随机性、不可预见性是我们通常采用统计方法来分析
33、无线信道的主要原因。无线信道的模型主要分为大尺度传播以及小尺度衰落。一般情况下，如果发射端距离接收端比较远，而我们关注的是信号强度在这种较长的距离上的变化，我们用大尺度传播模型来描述；如果我们关注的是接收机在极短的距离以及极短的时间内的接收到的信号强度的变化和波动，我们就用小尺度衰落模型来描述。随着传播距离的增大，电磁波的功率会随之而产生损耗，我们把这种损耗叫做大尺度路径损耗。大尺度路径损耗是用来衡量无线信号的覆盖范围的；移动台在很小的范围内活动时，其接收信号的功率可能会出现瞬时的快速波动，此为小尺度衰落，无线信号的多径传播是引起小尺度衰落的主要原因。3.2.1大尺度衰落我们可以把电磁波的传播
34、总结为反射，绕射和散射。蜂窝无线系统通常在城区应用，发射机与接收机之间直接视距路径，电磁波由于在城区的高层建筑及建筑群中传播而在强度上造成了一定程度的损耗，而且电磁波强度会随着发射机与接收机之间的距离的变化而产生衰减。一定范围内平均接收场强的预测和特定位置附近场强的变化是我们对传播模型研究的主要方向，对于预测平均场强且应用于估计无线信号覆盖范围的传播模型，即为大尺度传播模型。3.2.2小尺度衰落无线信号经过短时间或短距离传播后，它的幅度的快速衰落我们称为小尺度衰落，大尺度路径损耗在此时间或空间范围内的影响我们可以忽略不计。由于小尺度衰落是无线信号经过多径传播后，在接收端叠加而产生的，因此也称为
35、多径效应。3.2.3 OFDM系统中的信道估计技术OFDM系统中的频率选择性衰落使0FDM信号在经过无线信道传输时产生幅度衰减和相位偏移，接收机在收到信号后要进行解调，0FDM系统中主要采用差分调制和多振幅调制(QAM)两种数据调制方式，同理，接收端在解调信号时也就相应的分为差分、相干两种解调方式。差分解调的数据信息包含在相邻符号的幅度或相位差中，在不清楚信号的相位以及绝对幅度的情况下仍然可以成功完成数据信息的解调。而为了清楚的掌握信号的相位、真实幅度，相干解调则会对信号的相位、绝对幅度实施估计，力求知道信号的真实幅度和相位，由于信号的相位和幅度随着频率选择性衰落而产生了随机性的变化，即相位偏
36、移和幅度衰落，因此，通过信道估计来纠正这种随机性变化就更为必要。信道估计的最终目的还是要依据对信道特性的估计结果来补偿接收信号(均衡)。OFDM系统通过多载波传输的特性使均衡是针对各子载波的，与单载波系统相比，在均衡的实现上得到了一定程度的简化。差分解调与相干解调相比，虽然存在不需要信道估计的优点，但是在信噪比方面损失了3dB且频带利用率在一定程度上受到了限制。相反如果使用相干解调，我们便可以利用多振幅调制来提高频带利用率，这种方法可以在一定程度上改善移动通信的数据传输速率。以下简介OFDM系统中的几种信道估计方法：（1）基于导频(Pilot)的信道估计技术导频是我们事先发送到某些符号的个别子
37、载波中的已知信号，基于导频的信道估计技术正是凭借这种发送导频信号的方式估计出该导频所在的子信道上的频域响应，在得知各子信道的频域响应后，OFDM系统利用它在时域、频域进行插值，OFDM各符号的各子信道的频域响应特性便通过这种方式得出。（2）基于训练序列(TrainingSequences)的信道估计技术基于训练序列的信道估计技术与导频信道估计技术相比，在原理上是相似的，区别只在于导频信道估计技术是在某些OFDM符号的某些子信道中发送导频信号，而基于训练序列的信道估计技术是在某些符号的所有子信道中发送。在接收端，训练序列所在的0FDM符号的所有子信道频域特性可以通过发送的已知信号估计出来，而其它
38、OFDM符号的信道频域响应也可以通过这些估计值估计出来。图2.8(a)导频分布图图2.8(b)训练序列分布图（3）盲信道估计技术基于导频的信道估计技术和基于训练序列的信道估计技术的一个较为明显的弱点就是由于引入了己知信号而使带宽利用率降低。而盲估计的优点是借助收到的数据本身进行信道估计，而不必发送己知信号，但是盲信道估计技术的缺点也是比较突出的，由于它是利用接收数据进行信道估计，因此需要大量的数据做为分析依据，时变信道限制了大量累积数据，所以在无线通信条件下这种缺陷就尤为突出。（4）DecisionDirected的信道估计技术与盲信道估计技术相似，DecisionDirected信道估计技术
39、也是不发送任何已知信号，而直接对接收信号进行判断，以这个判断结果来作为信道估计的参考。当然，对接收信号的判断正确与否将直接决定整个信道估计的准确性。为了提高信道估计的准确度，在传输开始时，我们先发送一帧训练序列，这样，后续信道估计的准确性就将大大提高。3.3 信道编码和交织为了提高数字通信系统性能，信道编码和交织是通常采用的方法。对于衰落信道中的随机错误，可以采用信道编码；对于衰落信道中的突发错误，可以采用交织。实际应用中，通常同时采用信道编码和交织，进一步改善整个系统的性能。在OFDM系统中，如果信道衰落不是太深，均衡是无法再利用信道的分集特性来改善系统性能的，因为OFDM系统自身具有利用信
40、道分集特性的能力，一般的信道特性信息已经被OFDM这种调制方式本身所利用了。但是，OFDM系统的结构却为在子载波间进行编码提供了机会，形成COFDM方式。编码可以采用各种码，如分组码、卷积码等，卷积码的效果要比分组码好。3.4 降低峰均功率比由于OFDM信号时域上表现为N个正交子载波信号的叠加，当这N个信号恰好均以峰值占相加时，OFDM信号也将产生最大峰值，该峰值功率是平均功率的N倍。尽管峰值功率出现的概率较低，但为了不失真地传输这些高峰均功率比(Peak to Average Power Ratio，PAPR)的OFDM信号，发送端对高功率放大器(HPA)的线性度要求很高且发送效率极低，接收
41、端对前端放大器以及A/D变换器的线性度要求也很高。因此，高的PAPR使得OFDM系统的性能大大下降甚至直接影响实际误应用。为了解决这一问题，人们提出了基于信号畸变技术、信号扰码技术和基于信号空间扩展等降低OFDM系统PAPR的方法。3.5 均衡在一般的衰落环境下，OFDM系统中均衡不是有效改善系统性能的方法。因为均衡的实质是补偿多径信道引起的码间干扰，而OFDM技术本身已经利用了多径信道的分集特性，因此在一般情况下，OFDM系统就不必再做均衡了。在高度散射的信道中，信道记忆长度很长，CP的长度必须很长，才能够使ISI尽量不出现。但是，CP长度过长必然导致能量大量损失，尤其对子载波个数不是很大的
42、系统。这时，可以考虑加均衡器以使CP的长度适当减小，即通过增加系统的复杂性换取系统频带利用率的提高。4基于Simulink的OFDM通信系统仿真及分析4.1MATLAB/Simulink概述Simulink是MATLAB提供的主要工具箱之一,是一个用来对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包。与MATLAB语言编写的M文件相比,Simulink不仅界面友好,而且还提供了丰富的模型库。在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。Simulink具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点，并基于以上优点Simulink已被广泛应用于通
43、信、控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计10。Simulink具有模块化、可重载、可封装、面向结构图编程及其可视化等特点,可以大大提高系统仿真的效率和可靠性67。Simulink允许建立类似于MATLAB的函数文件功能的子系统，其中，把已经存在的Simulink模型中的某个部分封装为子系统是建立子系统的重要方法。步骤如下：（1）用矩形框选择要封装的部分，包括模块和信号线。（2）在模块窗口菜单选项中选择Edit/Create subsystem命令，出现封装后的子系统。子系统有一个默认的输入端口和输出端口，默认名为In1和Out1。若查看子系统的内容或对子系统进行再编辑，可以双击子系统模块，则
44、会显示子系统内容的新窗口。在窗口内，除原始的模块外，Simulink自动添加了输入和输出模块，分别代表子系统的输入端口和输出端口。（3）选择Edit/Edit mask命令设置封装参数，主要有Icon，Parameters，Initialization和Documentation四个选项卡。Icon选项卡用于设定封装模块的名字和外观。Parameters选项卡用于输入变量名称和相应的提示。Initialization选项卡用于初始化封装子系统。Documentation选项卡用于编写与该封装模块对应的Help和说明文字，分别有Mask type，Mask Description和Mask he
45、p栏。4.2 OFDM通信系统实现要进行OFDM系统的研究，首先我们需建立一个完整的OFDM系统。由于多径衰落下的OFDM信道多出现突发错误，而 RS 编码特别实用于纠正突发错误，因此采用RS编解码，同时,发射端采用QPSK 调制方式，接受端采用相干解调。考虑到Rayleigh衰落和高斯信道对信号的畸变，采用信道估计和信道补偿策略14。在仿真图中，RS(15,11)Encoder和RS(15,11)Decoder两个子系统分别用于实现RS编码和译码，QPSK Mapping和QPSK Demapping两个子系统分别用于实现QPSK调制和解调，OFDM Baseband Modulator子系
46、统用于实现OFDM基带信号调制并加入循环前缀，OFDM Baseband Demodulator子系统用于实现OFDM基带信号解调并去循环前缀，P/S和S/P两个子系统分别用于实现并串转换和串并转换，channel estimator和channel compensation两个子系统分别用于实现信道估计和信道补偿，SER calculation子系统用于实现误码率统计，Training insertion和Training separation两个子系统分别用于实现插入训练序列和分割训练序列，经过的两个信道是多径瑞利衰落信道和高斯信道15。整个系统的流程为：产生二进制数据经过RS编码QPSK
47、调制OFDM系统基带信号调制并加入循环前缀插入训练序列并/串变换多径瑞利衰落信道高斯信道串/并变换 分离训练序列OFDM系统基带信号解调并删除循环前缀进行信道估计进行信道补偿QPSK解调RS译码进行误码率计算16。利用RS（15,11）编码技术实现的OFDM通信系统的仿真模型，如下图2所示：图2 OFDM通信系统在simulink下的仿真图4.3 仿真结果分析 利用上述仿真模型，设定仿真时间为1.0s,对在链路层的OFDM通信系统进行仿真，得到了OFDM通信系统的发射端信号输出信号波形图和接收端输出信号波形图以及发射端和接收端输出信号的归一化功率频谱图，还有信道补偿前后的星座图。图3和图4分别是发射
