OFDM 系统16QAM 和QPSK 调制仿真分析

摘要：以研究OFDM系统中使用的最佳数字调制方式为目的，分析了OFDM系统的原理、信号处理流程，以及一般使用的数字调制方式，利用matlab对系统进行了仿真，对比了系统分别采用16QAM和QPSK进行调制时的误码率，根据仿真曲线分析了二者的性能，得出系统在设定参数下特定信噪比时使用QPSK调制比16QAM调制误码率更低。

关键词：OFDM；仿真；16QAM；QPSK

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2013）15-3606-04

OFDM（正交频分复用）技术是一种多载波调制方式，它最开始出现于20世纪50年代中期，不久被正式应用于军事通信系统。但是其发展受到了制约，因为传统的模拟技术不能有效地进行正交载波调制，而实现子载波的正交调制是OFDM的核心。后来由于IFFT、FFT快速发展并且被提出用于实现调制解调，加上大规模集成电路的飞速发展使得FFT技术变得可行，OFDM的核心问题得到解决，从而得到很好的发展。目前，OFDM技术的主要应用有：非对称的数字用户环路（ADSL）、数字音频广播（DAB）、数字视频广播（DVB）、高清晰度电视（HDTV）等。而4G通信系统对高数据速率的要求也使得OFDM成为其关键技术之一，研究其性能变得意义重大。对于OFDM使用的数字调制方式，常用的有MPSK（M常取4、8）、 16QAM、64QAM，不同的调制方式在效率和误码率上都有差异，该文分别采用16QAM与QPSK对OFDM系统进行仿真，并分析仿真结果。

1 OFDM原理与16QAM、QPSK调制

1.1 OFDM技术原理

传统多载波调制技术是OFDM技术的前提和基础，OFDM是将高速串行的数据流转换成低速并行的子数据流，然后调制到相互正交的子信道上。

一个OFDM符号包含多个经QPSK调制或16QAM调制的子载波。如果一个OFDM系统有N个正交子载波，其基带子载波可以表示为： [φk（t）=ejt2πfk]，f k为第k个子载波的频率

调制N个并行数据后的OFDM符号可表示为

[s（t）=1Nk=0N-1xkφk（t），0

式中，xk为第k个子载波上调制的复信号，T为系统采样间隔，在无过采样的情况下T=1/B，B为系统带宽，NT为OFDM符号长度。子载波频率f k是子载波间隔（[BN=1NT]）的整数倍，有

[fk=kNT，k=0，1，…，N-1]

使得子载波φk（t）在0

由于OFDM将高速串行数据流转换成并行数据流，增大了符号周期，从而对无线信道上的时间弥散有更强的抵抗作用。另外，OFDM通过插入循环前缀CP来克服频率选择性衰落导致的码间干扰ISI。

1.2 16QAM

QAM就是正交幅度调制，16QAM有16种调制状态，因而一种状态可以表示4bit信息。其仿真过程就是将数据流按每4bit一组，将其转换成10进制数（16种取值：从0000到1111），再将每个取值映射到复平面上的一个对应状态，如图1。

其中，编码是为了提高信道的可靠性而对信号进行纠错编码，但它只能解决单个或比较短的差错，如果比特差错成串发生，则需要使用交织技术将这些误差分散。数字调制是将交织后的信号进行16QAM或QPSK调制。导频用于信道估计，通过导频畸变获得系统性能。IFFT和FFT是OFDM系统的核心部分，因为这是通过它们实现正交子载波的调制解调，插入循环前缀作为保护间隔时，只要保护间隔的长度大于最大时延扩展，就可以有效地消除码间串扰。接收信号后，系统处理流程与发送端相对应。

根据OFDM的系统原理框图，可以设计出其仿真流程如下：

2 仿真结果分析

仿真中，数字调制部分分别采用16QAM和QPSK，得出图5和图6。

从图中可以看出，在信噪比为0db的时候，两者的误码率几乎一样，但是随着信噪比的增加，采用QPSK的系统误码率下降速率比另一个快得多，图3在SNR为10的时候误码率为10-1.5，而图4在相同SNR值时误码率仅为10-3，且图4中没有信噪比SNR大于11时的误码率，通过matlab矩阵看到，后面的误码个数均为0。

3 结论

通过比较可以得出结论：在一定的参数和信噪比条件下，OFDM系统采用QPSK比采用16QAM时误码率要低，有更好的传输性能。但是由于一个16QAM状态能表示4位数据，而一个QPSK状态只能表示2位数据，因此，16QAM的调制效率是QPSK的两倍。在实际的OFDM系统中，可以根据实际情况，如系统的信噪比、可靠性要求和传输速率要求等综合考虑，选择最佳调制方式。

参考文献：

[1] 别志松，别红霞.信息与通信系统仿真[M].北京：北京邮电大学出版社，2010：184-193.

[2] Ping Chen，Linyun Li.Analysis and Resoluttion of Key Issues in OFDM System Simulation [C].Open-Source Software for Scientific Computation （OSSC） ，2011 International Workshop on.IEEE，2011：98-101.

[3] Ping Chen，Pei Wang，Jiangfeng Sun.Design and Implement of the OFDM Communication System [C]. Open-Source Software for Scientific Computation （OSSC），2011 International Workshop on.IEEE，2011：59-63.

[4] Xiurong Bao.Matlab simulation and Performance Analysis of OFDM System [C].2012 International Conference on Computer Science and Information Processing （CSIP）.IEEE， 2012：1423-1425.