摘要：以研究OFDM系統(tǒng)中使用的最佳數(shù)字調(diào)制方式為目的，分析了OFDM系統(tǒng)的原理、信號(hào)處理流程，以及一般使用的數(shù)字調(diào)制方式，利用matlab對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了仿真，對(duì)比了系統(tǒng)分別采用16QAM和QPSK進(jìn)行調(diào)制時(shí)的誤碼率，根據(jù)仿真曲線分析了二者的性能，得出系統(tǒng)在設(shè)定參數(shù)下特定信噪比時(shí)使用QPSK調(diào)制比16QAM調(diào)制誤碼率更低。

關(guān)鍵詞：OFDM；仿真；16QAM；QPSK

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2013）15-3606-04

OFDM（正交頻分復(fù)用）技術(shù)是一種多載波調(diào)制方式，它最開始出現(xiàn)于20世紀(jì)50年代中期，不久被正式應(yīng)用于軍事通信系統(tǒng)。但是其發(fā)展受到了制約，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的模擬技術(shù)不能有效地進(jìn)行正交載波調(diào)制，而實(shí)現(xiàn)子載波的正交調(diào)制是OFDM的核心。后來(lái)由于IFFT、FFT快速發(fā)展并且被提出用于實(shí)現(xiàn)調(diào)制解調(diào)，加上大規(guī)模集成電路的飛速發(fā)展使得FFT技術(shù)變得可行，OFDM的核心問(wèn)題得到解決，從而得到很好的發(fā)展。目前，OFDM技術(shù)的主要應(yīng)用有：非對(duì)稱的數(shù)字用戶環(huán)路（ADSL）、數(shù)字音頻廣播（DAB）、數(shù)字視頻廣播（DVB）、高清晰度電視（HDTV）等。而4G通信系統(tǒng)對(duì)高數(shù)據(jù)速率的要求也使得OFDM成為其關(guān)鍵技術(shù)之一，研究其性能變得意義重大。對(duì)于OFDM使用的數(shù)字調(diào)制方式，常用的有MPSK（M常取4、8）、 16QAM、64QAM，不同的調(diào)制方式在效率和誤碼率上都有差異，該文分別采用16QAM與QPSK對(duì)OFDM系統(tǒng)進(jìn)行仿真，并分析仿真結(jié)果。

1 OFDM原理與16QAM、QPSK調(diào)制

1.1 OFDM技術(shù)原理

傳統(tǒng)多載波調(diào)制技術(shù)是OFDM技術(shù)的前提和基礎(chǔ)，OFDM是將高速串行的數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換成低速并行的子數(shù)據(jù)流，然后調(diào)制到相互正交的子信道上。

一個(gè)OFDM符號(hào)包含多個(gè)經(jīng)QPSK調(diào)制或16QAM調(diào)制的子載波。如果一個(gè)OFDM系統(tǒng)有N個(gè)正交子載波，其基帶子載波可以表示為： [φk（t）=ejt2πfk]，f k為第k個(gè)子載波的頻率

調(diào)制N個(gè)并行數(shù)據(jù)后的OFDM符號(hào)可表示為

[s（t）=1Nk=0N-1xkφk（t），0

式中，xk為第k個(gè)子載波上調(diào)制的復(fù)信號(hào)，T為系統(tǒng)采樣間隔，在無(wú)過(guò)采樣的情況下T=1/B，B為系統(tǒng)帶寬，NT為OFDM符號(hào)長(zhǎng)度。子載波頻率f k是子載波間隔（[BN=1NT]）的整數(shù)倍，有

[fk=kNT，k=0，1，…，N-1]

使得子載波φk（t）在0

由于OFDM將高速串行數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)流，增大了符號(hào)周期，從而對(duì)無(wú)線信道上的時(shí)間彌散有更強(qiáng)的抵抗作用。另外，OFDM通過(guò)插入循環(huán)前綴CP來(lái)克服頻率選擇性衰落導(dǎo)致的碼間干擾ISI。

1.2 16QAM

QAM就是正交幅度調(diào)制，16QAM有16種調(diào)制狀態(tài)，因而一種狀態(tài)可以表示4bit信息。其仿真過(guò)程就是將數(shù)據(jù)流按每4bit一組，將其轉(zhuǎn)換成10進(jìn)制數(shù)（16種取值：從0000到1111），再將每個(gè)取值映射到復(fù)平面上的一個(gè)對(duì)應(yīng)狀態(tài)，如圖1。

其中，編碼是為了提高信道的可靠性而對(duì)信號(hào)進(jìn)行糾錯(cuò)編碼，但它只能解決單個(gè)或比較短的差錯(cuò)，如果比特差錯(cuò)成串發(fā)生，則需要使用交織技術(shù)將這些誤差分散。數(shù)字調(diào)制是將交織后的信號(hào)進(jìn)行16QAM或QPSK調(diào)制。導(dǎo)頻用于信道估計(jì)，通過(guò)導(dǎo)頻畸變獲得系統(tǒng)性能。IFFT和FFT是OFDM系統(tǒng)的核心部分，因?yàn)檫@是通過(guò)它們實(shí)現(xiàn)正交子載波的調(diào)制解調(diào)，插入循環(huán)前綴作為保護(hù)間隔時(shí)，只要保護(hù)間隔的長(zhǎng)度大于最大時(shí)延擴(kuò)展，就可以有效地消除碼間串?dāng)_。接收信號(hào)后，系統(tǒng)處理流程與發(fā)送端相對(duì)應(yīng)。

根據(jù)OFDM的系統(tǒng)原理框圖，可以設(shè)計(jì)出其仿真流程如下：

2 仿真結(jié)果分析

仿真中，數(shù)字調(diào)制部分分別采用16QAM和QPSK，得出圖5和圖6。

從圖中可以看出，在信噪比為0db的時(shí)候，兩者的誤碼率幾乎一樣，但是隨著信噪比的增加，采用QPSK的系統(tǒng)誤碼率下降速率比另一個(gè)快得多，圖3在SNR為10的時(shí)候誤碼率為10-1.5，而圖4在相同SNR值時(shí)誤碼率僅為10-3，且圖4中沒有信噪比SNR大于11時(shí)的誤碼率，通過(guò)matlab矩陣看到，后面的誤碼個(gè)數(shù)均為0。

3 結(jié)論

通過(guò)比較可以得出結(jié)論：在一定的參數(shù)和信噪比條件下，OFDM系統(tǒng)采用QPSK比采用16QAM時(shí)誤碼率要低，有更好的傳輸性能。但是由于一個(gè)16QAM狀態(tài)能表示4位數(shù)據(jù)，而一個(gè)QPSK狀態(tài)只能表示2位數(shù)據(jù)，因此，16QAM的調(diào)制效率是QPSK的兩倍。在實(shí)際的OFDM系統(tǒng)中，可以根據(jù)實(shí)際情況，如系統(tǒng)的信噪比、可靠性要求和傳輸速率要求等綜合考慮，選擇最佳調(diào)制方式。

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