基于OFDM调制解调通信系统的频偏估计和采样时钟估计matlab仿真

1.算法仿真效果

matlab2022a仿真结果如下：

2.算法涉及理论知识概要

随着人们对通信数据化、宽带化、个人化和移动化的需求，由于其频谱利用率高、成本低等原因，OFDM技术在综合无线接入领域将得到越来越广泛的应用。随着DSP芯片技术的发展，FFT、IFFT、64／128／256QAM的高速调制解调技术、网格编码技术、软判决技术、信道自适应技术、减少均衡计算量等成熟技术的逐步引入，人们开始集中精力开发0FDM技术在移动通信领域的应用。0FDM技术将离我们普通人的生活越来越近。

在OFDM系统的实际应用中，可以采用更加方便快捷的快速傅立叶变换(FFT／IFFT)，可以显著地降低运算的复杂度。对于常用的基2．IFFT算法来说，其复数乘法的次数仅为(Ⅳ／2)log：(Ⅳ)，而且随着子载波个数Ⅳ的增加，这两种算法的复杂度的差距也越明显。对于子载波数量非常大的OFDM系统来说，可以进一步采用基4-IFFT算法来实现傅立叶变换，其复数乘法或者相位旋转的数量仅为(3／8)Ⅳ(109：Ⅳ一2)。为了最大限度地消除多径时延扩展引起的符号间干扰，可以在每个0FDM符号之间插入保护间隔。保护间隔的长度一般要大于无线信道的最大时延扩展，这样一个符号的多径分量就不会对下一个符号造成干扰。在这段保护间隔内，可以不插入任何信号，即是一段空闲的传输时段。然而在这种情况中，由于多径传播的影响，则会产生子载波间干扰(ICI)，即子载波之间的正交性遭到破坏，不同的子载波间产生干扰。

OFDM系统框图如图2.5所示。

OFDM 收发系统的整个具体工作流程是基带信号(二进制码元)经过信道编码,交织后映射到QPSK 星座，这时变成了复数序列，再经过串并变换变成并行数据流，经过IFFT调制后把数据调制到正交子载波上，完成频谱的正交叠加，再通过并串变换，在符号间插入循环前缀CP，最后数模转换后把信号搬至工作频率，完成射频载波调制后对其发送。接收端做降频处理之后把收到的信号数字化，同步到符号定时点和频率偏差位置，去除CP，再经FFT 解调出复数序列，再经并串变换、信号逆映射、解交织、信道解码一系列变换恢复出原始数据。OFDM 整个系统流程中存在符号同 步，载波同步，采样同步这三种形式同步。

采样频率的同步是指发射端 的D/A变换器和接收端的A/D变换器的工作频率保持一致。一般地，连接各个变换器之间的偏差较小，相对于载波频移的影响来说也较小，而一帧的数据如果不太长的话，只要保证了帧同步的情况下，可以忽略采样时钟不同步时造成的漏采样或多采样，而只需要在一帧数据中补偿由于采样偏移造成的相位噪声。采样定时偏差会引起接收端解调后的星座图旋转，相位旋转的幅度与子载波序号k成正比，与符号定时偏差类似，其影响可以采用信道估计的方法进行补偿。采样频率偏差会导致有用信号的衰减和子载波间干扰ICI，引起系统信噪比性能的损失，与载波频偏的影响不同的是它与子载波位置有关。

整数频偏尽管造成信息符号在子信道上平移，但并不破坏子载波间的正交性，只会引起OFDM 信号的频谱结构错位，导致接收机恢复的数据码元序列的循环移位和相位旋转，使接收数据经过FFT 运算输出的顺序相对于发送端产生偏移。小数频偏导致抽样点有些错位，使得在某位置为零时，另一子载波不为零，破坏各子载波间的正交性。因此在完成系统定时同步之后，通过在时域内利用找到的训练符号相关最大值进行小数频偏估计，在频域内利用训练符号移动相关估计整数频偏的方法，就显得极为重要。

3.MATLAB核心程序