COFDM系统仿真及其信道与加噪声分析
一、 实验目的
掌握COFDM系统组成原理；在MATLAB软件中simulink平台对COFDM进行建模仿真并分析实验结果；对信道模块进行分析并分析加噪声对信噪的影响以及改进方案。
二、 关于COFDM
COFDM（Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing，基于编码正交频分复用），是一种多载波数字调制技术，采用正交的N个子载波来并行传输数
1据，从而使每个子载波上的数据速率降到原来的，因而可以有效地克服多径
N衰落。虽然 OFDM 的概念已经存在很长时间。但是直到最近随着多媒体业务的发展，它才被人们认识到是一种实现高速双向无线数据通信的优良方法，目前正受到越来越多的关注。
COFDM 是将高速串行数据分成成百上千路并行数据，并分别对不同的载频进行调制，这种并行传输体制大大扩展了符号的脉冲宽度，提高了抗多径衰落的性能。同时，在传统的频分复用方法中，各子载波之间的频谱互不重叠，频谱利用率较低。采用 COFDM 技术，一个 COFDM 符号之内包括多个经过调制的子载波的合成信号，每个子载波在频谱上相互重叠，这些频谱在整个符号周期内满足正交性，因而在接收端可以保证无失真恢复，从而大大提高频谱利用率。
用N表示子信道的个数，T表示 OFDM 符号的宽度，di（i?0,1,…,N-1）是分配给每个子信道的数据符号，fc是第0个子载波的载波频率，则从t?ts开始的 COFDM 符号可以表示为
??N?1?j2?f?i/Tt?t??????Re??direct?t?ts?T/2?exp?cs???s?t????t?1??0?ts?t?ts?Tother
式中，rect?t??1，t?T/2。然而在实际仿真时，通常采用复等效基带信号来描述 COFDM 的输出信号
?N?1j?i?t?ts?/T???direct?t?ts?T/2?exp???s?t???t?0?0?ts?t?ts?Tother
一个完整的OFDM系统原理如图1所示。OFDM的基本思想是将串行数据，并行地调制在多个正交的子载波上，这样可以降低每个子载波的码元速率，增大码元的符号周期，提高系统的抗衰落和干扰能力，同时由于每个子载波的正交性，大大提高了频谱的利用率，所以非常适合移动场合中的高速传输。
图A OFDM系统原理图
在发送端，输入的高比特流通过调制映射产生调制信号，经过串并转换变成N条并行的低速子数据流，每N个并行数据构成一个OFDM符号。插入导频信号后经快速傅里叶反变换(IFFT)对每个OFDM符号的N个数据进行调制，变成时域信号为：
接收端将接收的信号进行处理，完成定时同步和载波同步。经A／D转换，串并转换后的信号可表示为：
yGI(n)=xGI(n)*h(n)+z(n)+w(n)(3)
然后，在除去CP后进行FFT解调，同时进行信道估计(依据插入的导频信号)，接着将信道估计值和FFT解调值一同送入检测器进行相干检测，检测出每个子载波上的信息符号，最后通过反映射及信道译码恢复出原始比特流。除去循环前缀(CP)经FFT变换后的信号可表示为：
式中：H(m)为信道h(n)的傅里叶转换；Z(m)为符号间干扰和载波间干扰z(n)的傅里叶变换；W(m)是加性高斯白噪声w(n)的傅里叶变换。
三、 COFDM实现模型
我们知道利用离散反傅里叶变换(IDFT)或快速反傅里叶变换(IFFT)实现的OFDM系统，下图所示。
从OFDM系统的实现模型可以看出，输入已经过调制的复信号经过串／并变换后，进行IDFT或IFFT和并／串变换，然后插入保护间隔，再经过数／模变换后形成OFDM调制后的信号s(t)。该信号经过信道后，接收到的信号r(t)经过模／数变换，去掉保护间隔，以恢复子载波之间的正交性，再经过串／并变换和DFT或FFT后，恢复出OFDM的调制信号，再经过并／串变换后还原出输入符号。
COFDM是OFDM与信道编码技术的结合，加入可变的信道卷积编码方式得到COFDM的收发流程图如下：
调制
解调
COFDM系统收发链路框图
由上图可以看出，整个系统的流程为：产生二进制数据 → 经过 RS 编码
→ QPSK调制 → COFDM 系统基带信号调制并加入循环前缀 → 插入保护间隔 → 并/ 串变换 → 多径瑞利衰落信道 → 高斯信道 → 串/ 并变换 → 删除保护间隔 → COFDM 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 → 0删除 → QPSK解调→ RS 译码 →误码率计算。
为此，可用MATLAB中simulink对此系统进行建模，其系统模型如下:
其各部分组成以及进行实验操作设置参数如下： Probability of a zero: [0.5] Initial seed: 9364248 Sample time: 16e-5 / 44 / 2 Sample per frame: 44 N: 15 K:11 Output buffer size: 60
QPSK Mapping 内部结构图 Input type: Bit Constellation ordering: Gray Phase offset: pi / 4 Gain: 1 / 0.75 Training 内部结构图 Generator polynomial: [1 0 0 0 0 1 1] Initial states: [0 0 0 0 0 1] Sample time: 16e-5 / 2 / 31 Sample per frame: 31 M-ary number: 2 OFDM Modulator 内部结构图 Indices to output: {1:15,16:30}