基于system160view的ofdm系统仿真分析

基于system160view的ofdm系统仿真分析内容摘要：

信道就是将信道分组分配给每个用户，这样可减轻由于各信道能量不均和频偏所造成的用户间干扰，但同时也容易造成信号产生衰落。 (2) 自适应调频 自适应调频是基于信道性能的调频技术。 由于在移动通信环境中，每个用户所处的位置不尽相同，它们收到的信号强度也不同于其他用户，所以信道衰落模式也不完全相同。 根据用户的信道特征来选择对其而言具有最佳信噪比的信号。 循环前缀 在 OFDM系统中，较低的码元率对多径传播产生 ISI有一定的 抑制作用。 此外，通过在每个 OFDM符号前缀插入一个保护间隔，可以进一步提高系统的抗 ISI能力，同时还可以用在接收机中以对抗时间偏差。 OFDM中一般是插入循环前缀，循环前缀 (Cyclic Prefix)是 OFDM系统的重要角色，是在时域把 OFDM符号最后 L个样点复制到该符号最前端作为 CP ， CP长度大于5 信道最大时延不超过保护间隔，子载波间的正交性不会被破坏 )。 在接收端删除 CP，用 FFT对各个子载波信息流解调，转换为串行数据流后，再解调译码恢复信号。 当然，这样做付出了带宽的代价，带来了能量损失 (CP越长，能量损 失就越大 )。 信道编码与交织 采用信道编码和交织是提高数字通信系统性能的常用方法。 对于衰落信道中的随机的错误，可采用信道编码；对于突发错误，可采用交织技术。 通常同时采用这两种技术，以进一步改善整个系统性能。 在 OFDM系统中，其结构特性为在子载波间进行编码创造了机会，形成 COFDM方式。 编码方式可以使分组码、卷积码等多种，其中卷积码的效果要比分组码好。 OFDM 的优点和不足 OFDM的优点 (1) OFDM能够有效的对比抗频率选择性衰落和载波间干扰，并通过将各个子信道联合编码，实现 子信道间的频率分集作用，从而使系统的整体性能得以提高。 (2) OFDM使用正交的子载波作为子信道，极大地提高了频谱利用率，当子载波个数越多时，系统的频谱利用率越高。 (3) 由于 OFDM的自适应调制可以根据信道环境的优劣采用更合理的调制方式，并通过使用加载算法，可以将数据集中到条件好的信道上进行高速传输。 即使对于相对慢的时变信道来说，可以根据每个子载波的 SNR相应的选取各子载波及其调制方式、每个符号的比特数以及分配给各子载波的功率，使总比特率量大，以此提高系统的容量。 (4) 把高速率数据流进行串 /并转换 ，并采用插入循环前缀的方法，消除了 ISI造成不利的影响，甚至可以不用均衡器，减小了接收机内均衡的复杂程度。 (5) 无线数据业务一般存在非对称性，即下行链路中的数据传输量要大于上行链路中的数据传输量， OFDM系统可以机动地调整子信道数用来实现上、下行链路当中不同的传输速率。 (6) OFDM易于和其他多种接入方法来结合使用。 OFDM易于与空时编码、分集、干扰抑制、智能天线等技术相结合，最大限度的提高物理层信息传输的可靠。 OFDM的不足 (1) 对频偏和相位噪声很敏感。 由于发端和收端的上、下行转换器和调 谐振荡器会带来的相位噪声抖动、频偏以及相位噪声会使子载波间的正交特性遭到破坏，仅 1%的频偏就能使信噪比 (SNR)下降 30Db。 6 (2) OFDM所采用的自适应调制技术以及加载算法会增加发射机和接收机的复杂度，并且当终端移动时速高于 30km时，信道变化加快，刷新频率增加，用于调频的比特开销也相应增加，此时，自适应调制会变得比较不适合，同时也会降低系统效率。 (3) OFDM信号的 PAPR相对较大，这个比值的增大会降低射频放大器的效率。 OFDM 的基本原理 OFDM技术实际上是 MCN(多载波调制 )的一种。 其主要的思想是：将信道分成若干正交信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到每个信道上进行传输。 正交信号在接收端采用相关技术来分开，这样可以减少信道之间的相互干扰 (ICI)。 每个子信道上的信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此对于每个子信道上的信号衰落可以看成为平坦性衰落，从而可以先出符号间干扰。 而且由于每个子信道的带宽的一小部分，信道均衡变得相对来说容易，图 OFDM系统的组成示意图。 图 OFDM的系统框图 OFDM把高速数据流通过串 /并变换，使得每个子载波上的数据符号持 续长度性相对的增加，可有效对抗信号波形时间的干扰 (ISI)。 OFDM系统可通过动态比特分配和动态子信道分配的方法，充分利用信噪比比较高的子信道，提高系统性能。 因为窄带干扰只能影响一小部分的子载波，因此 OFDM可在某种程度上抵抗这种窄带干扰。 OFDM的以上优势减少了接收机的7 复杂度，甚至可以不用均衡器，仅采用插入循环前缀的方法消除 ISI的不利影响，大大节省了系统花费，减少了系统复杂度和功率消耗。 OFDM 信号的频谱特性 当各子载波用 QAM或 MPSK进行调制时，如果基带信号矩形波，则每个子信道上已调信号频谱为 Sa(x)形状，其主瓣宽度为 2/TSHZ，其中 TS为信号长度 (不包括 CP)。 由于 TS时间共有OFDM信号的 N个抽样，所以 OFDM信号的时域抽样周期为 TS/N。 由于相邻载波之间的频率间隔为 f=fs/N，其中 fs为 OFDM信号的抽样频率，即 fs=N/TS，所以 f=fs/N=1/TS (11) 即这些已调子载波信号频谱 Sa(x)函数的主瓣宽度为 2/TS，间隔为 1/TS。 根据函数的性质 ，知道它们在频域上正交，这就是正交频分复用 (OFDM)名称由来。 我们知道，一般的频分复用传输系统的各子信道之间要有一定的保护频带，以便在接收端可以用带通率波器分离出各子信道信号。 保护频带降低了整个系统的频谱利用率。 OFDM系统的自信道间不但没有保护频带，而且各子信道频谱还相互重叠，如图。 图 各子信道的信号频谱 OFDM子信道间的间隔对系统的性能有很大的影响。 子信道间隔越大，由于各种因素造成的子信道间干扰越小，但同时系统的频谱效率也越低，由于子信道带宽的加大，系统抗击频率选择性衰落的能 力也下降；反之，为提高系统的频谱效率而缩小子信道间的间隔，必然使系统的子载波间的干扰加大；系统设计人员需要在它们之间折中。 信道带宽和 FFT的点数决定了 OFDM子信道间的间隔，确定子信道间隔的一般原则是，满足系统频谱利用率和保证OFDM系统良好的抗击频率选择性衰落的前提下，尽可能加大子载波间的间隔。 8 第二章 System view 的概述 System view 简介 在 2020年 Elanix被美国安捷伦 (Agilent)公司收购，把软件名字改为 System Vue，由原先的， ， ， System ，到后来的 SystemView2020，SystemVue2020， SystemVue2020功能也逐步的的完善，有开始的具有基本的仿真功能到后来的增加了 DSP库，第二代，第三代移动通讯，蓝牙库的完善，实例仿真的范围的拓展，眼图相位噪声处理的完善。 随着科技的发展，人类创造出来的智慧也在不断升值。 System View是由 Elanix公司发起的， ELANIX公司创建于 1991年 ,主要从事高级的硬件和软件信号处 理与通信系统的设计和开发。 ELANIX公司位于 CALIFORNIA州 ， 公司总裁和创建人 PATRICK ，是一位信号处理和通信方面的改革者。 ELANIX公司的技术力量雄厚 ,其设计工作可以依据使用的处理器及其环境的状况 ,使用 DSP， MP39。 S， ASIC， VLSI神经网络和其他当前领先的技术。 包括所有的用于商业和军用的信号处理在内，公司在理论分析，软件开发，仿真与测试，硬件设计和微处理器等方面有广泛的经验。 System view 软件 的特点 System view 的图标库 ,包括含若干图标的基本库 (MainLibrary)及专业库 (Optional Library)基本库中包含多种信号源、接收器、加法器、乘法器，各种函数运算器等；专业库有通讯(Communication)、逻辑 (Logic)、数字信号处号 (DSP)、射频 /模拟 (RF/Analog)等；他们特别适合于现代通信系统的设计、仿真和方案论证，尤其适合于无线电话、无绳电话、寻呼机、调制解调器、卫星通讯等通信系统；可进行各种系统时域和频域分析、谱分析，及对各种逻辑电路、射频 /模拟电路 (混合器、 放大器、 RLC 电路、运放电路等 )进行理论分析和失真分析。 System view 能自动进行系统连接检查，给出连接错误或尚悬空的待连接端信息，通知用户连接出错并通过显示指出出错的图标。 这个特点对用户系统的诊断是十分有效的。 System view 的另一重要特点是它可以从各种不同角度、以不同方式，按要求设计多种滤波器，并可自动完成滤波器各指标 —如幅频特性 (伯特图 )、传递函数、跟轨迹图等之间的转换。 在系统设计和仿真分析方面， System view 还提供了一个真实而灵活的窗口用以检查、分9 析系统波形。 在窗 口内，可以通过鼠标方便的控制内部数据的图形放大、缩小、滚动等。 另外，分析窗中还带有一个功能强大的 “接收计算器 ”，可完成对仿真运行结果的各种运算、谱分析、滤波。 System view 软件的功能 (1) 能在 DSP、通讯和控制系统应用中构造复杂的模拟、数字、混合和多速率系统。 具有大量可选择的库，允许用户有选择地增加通讯、逻辑、 DSP 和射频 /模拟功能模块。 特别适合无线电话 (GSM， CDMA， FDMA， TDMA， DSSS)、无绳电话、寻呼机和调制解调器以及卫星通信系统 (GPS， DVBS， LEOS)等的 设计；能够仿真 (C3x， C4x 等 )DSP 结构；可进行各种系统时域 /频域分析和谱分析；对射频 /模拟电路 (混合器，放大器， RLC 电路和运放电路 )进行理论分析和失真分析。 (2) 使用熟悉的 Windows 界面和功能键 (单击、双击鼠标的左右键 )， System View 可以快速建立和修改系统，并在对话框内快速访问和调整参数，实时修改实时显示。 只需简单用鼠标点击图符即可创建连续线性系统、 DSP 滤波器，并输入 /输出基于真实系统模型的仿真。