OFDM实验指导书

实验六OFDM调制和频域均衡

一、实验目标

掌握OFDM收发原理以及均衡算法，在Labview+USRP平台下实现OFDM 收发信号。

二、实验介绍

OFDM OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)即正交频分复用技术，实际上是一种多载波调制技术。将信道分成若干正交子信道，将每个子信道上的信号带宽小于信道的相干带宽，因此每个子信道上的可以看成平坦性衰落，从而可以消除符号间干扰。而且由于每个子信道的带宽仅仅是原信道带宽的一小部分，在接收端进行简单的线性均衡，信道均衡变得相对容易。OFDM广泛用干各种数字传输和通信中，如IEEE802.11g、IEEE802.11a、IEEE802.11n、；包括WIFI（IEEE802.16）在内的宽带无线接入；移动宽带无线接入IEEE802.20；数字视频广播(DVB)和HDTV地面传播系统。

循环前缀CP持续时间由最大时延扩展决定，作用是防止码间干扰（ISI）、子载波间干扰（ICI）以及降低对定时偏差的敏感程度。带宽一定前提下，子载波间隔与FFT点数N成反比，N越大子载波间隔越小，随着N增大频谱效率提高但同时也会造成对频偏更加敏感。

普遍来说OFDM系统并不是所有子载波都是有用的，总会在频域有一些空载波。由于直流射频失真存在，零频或者直流一般是空的。在频率响应的边缘一般也是空的用作保护带以防止邻频干扰。

频率选择性信道会破坏子载波正交性，因此需要做某种形式的均衡。OFDM 使用循环前缀使频域均衡成为可能。这是因为OFDM将频率选择性信道分成若干个在频域复用的平坦性衰落子信道，因此每个子信道上可以应用简单迫零均衡。

OFDM的优势并不仅仅体现在低复杂度均衡上面，它还提供了一种框架可以

应用许多先进的数字通信技术例如自适应调制和功率均衡。当然多载波相对于单载波并不都是优势，我们这个实验将要探讨频率选择性信道和OFDM 系统对频偏敏感度问题。

三、实验任务

你需要提交三个子vi(OFDM_modulate.vi ，OFDM_demodulate.vi 以及FEQ.vi )，而且需要回答第四部分提出的问题 1、完成OFDM 调制模块

图1OFDM 发送机和接收机结构

在发送端OFDM 调制首先图片转换成比特，经过星座图映射后得到频域符号（M 是星座调制阶数）[]s m 。对符号[]s m 进行1：N-K 串并变换（K 是空子载波数、

N 是子载波数），插入K 个零值得到10{[]}N m s m -=。再进行N 点IFFT 变换，生成包

含N 个点的OFDM 符号120

[](0,...,1)mn

N j N

n s m e

n N π

-==-∑，N 一般取2N 。然后添加循

环前缀其长度为cp L ，最后生成序列，此处为了简化省略了载波恢复和同步，接收端单抽头频域均衡。

()1

20

1[][]0,...,1

c m n L N j N

c n w n s m e

n N L N π--===+-∑（1）

其中,1,...,1c c c n L L N L =++-是输入符号1

0{[]}N m s m -=离散傅里叶变换。

[][]w n w n N =+0,1,...,1c n L =- （2）

说明开始c L 和最后c L 个采样点相同，也就是所说的循环前缀，循环前缀是为了防止符号间干扰，同时有助于将线性卷积转换为循环卷积。 编写OFDM_modulate.vi 模块

我们提供需要创建的OFDM 调制子vi 模板并且给出了输入输出，你需要做的是完成框图构建实现其功能。

表1 OFDM_modulate.vi

2、添加IEEE802.11a 短序列

在发送端对生成OFDM 符号打包发送需添加训练序列用于接收端同步和信道估计，然后还需要在包头添加保护带，用来防止邻频干扰。训练序列由IEEE802.11a 短序列产生：在序数是偶数的子载波发送伪随机序列，在序数是奇数的子载波发送零数据，经过IFFT 变化得到前后样本值系统的特殊训练序列。 3、添加信道

在发送端添加人为定义的信道：AWGN 和ISI

AWGN: [][][]y n w n v n =+ （3） ISI:0[][][][]

L

l y n h l w n l v n ==-+∑ （4）

对OFDM 符号进行上采样再送到脉冲成型滤波器（脉冲成型是在频域加窗使频谱成型）此时Labview 基带处理已经完成准备送到NI USRP 进行发送。

4、OFDM 解调和均衡

NI USRP 接收天线收到信号经过射频和中频处理恢复到基带信号。接收信号经过匹配滤波器、符号定时、下采样和帧同步以及载波同步后的信号，去除控制信息后进行OFDM 解调：串并变换、去除CP 、FFT 变换、进行频域均衡。

0[][][][]

L

l y n h l w n l v n ==-+∑

（5）

去掉循环前缀（即丢掉前c L 个采样点）[][]c y n y n L =+。频域采用迫零均衡算法

0()

1

20

1220

[][][]0,...,1

1

[][]1([])[]c c L

c l m n L L l L N j N

l m ml mn N L

j j N

N

m l y n h l w n L l n N h l s m e

N h l e

s m e

N

π

π

π

=+---==--===+-=-==∑∑∑∑∑ （6）

这些采样点进行傅里叶变换后得

[][[]]

[][][]Y k DFT y n H k s k v k ==+ （7）

20[][]

kl L

j N

l H k h l e π

-==∑

简单通过[]Y k 除以[]H k 实现均衡。因为OFDM 将频率选择性信道分为N 条平坦衰落子信道。因此OFDM 每条子信道可以使用简单的迫零均衡实现均衡。经过频域均衡的信号再经过删除空值、并串变换，QPSK 解调，由比特恢复图片，最后进行误比特计算。

编写OFDM_modulate.vi 和FEQ.vi 模块

我们提供需要创建的OFDM 解调和均衡子vi 模板并且给出了输入输出，你需要做的是完成框图构建实现其功能。

表2 OFDM_demodulate.vi