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1、仁 人 教 育目录设计总说明IThe total designed to show thatV1绪论11.1课题背景11.2 无线通信11.2.1 无线通信概述11.2.2 无线信道特性21.3 OFDM系统介绍31.3.1 OFDM的概述31.3.2 OFDM的应用41.3.3 OFDM的关键技术51.3.4 OFDM系统的优点及缺点71.4 MATLAB特点与功能92 OFDM系统的基本原理112.1 OFDM技术原理112.2 基于IFFT/FFT 的OFDM 系统模型122.3 OFDM信号的频谱特性142.4 串并转换153 OFDM系统在MATLAB上的仿真分析163.1 0FDM
2、 系统调制与解调解析163.2 加窗183.3 AWGNA信道下的仿真203.3.1加入高斯白噪声前后分析对比203.3.2 BER性能曲线214对系统误码率的改善分析234.1循环前缀234.2 OFDM系统的峰值平均功率比274.3信道估计284.3.1信道估计概述284.3.2基于导频的信道估计方法294.3.3信道的插值方法294.3.4仿真结果及分析305总结325.1完成的主要工作325.2不足与展望32参考文献34附录35致谢50村民建房委员会应建立村级农房建设质量安全监督制度和巡查制度，选聘有责任心和具有一定施工技术常识的村民作为义务巡查监督员，开展经常性的巡查和督查。1基于M
3、atlab的OFDM系统设计及分析设计总说明正交频分复用是一种历史悠久的多载波调制技术，最早在20世纪中期的时候，在通信领域，研究者们做了大量的卓有成效的研究工作，对多载波调制理论进行了研究，并论证了利用多载波调制技术能够对整体系统性能进行优化。当时许多专家学者对这频域非常密集的多载波调制的OFDM系统产生了巨大的关注。然而那个时候的数字信号处理技术还没有得到足够的成长，OFDM也因此没有得到普遍的关注和使用。在20世纪90年代，随着数字信号处理技术的日渐成熟，OFDM技术在告诉数据传输方面得到了人们的重视，已经普遍应用于数字音频广播（如DAB和DBA）、无线局域网、电话上的数字传输（VDSL
4、和ADSL）和电力线通信（homeplugav和BPL）等领域。2004年，已经作为3G核心之一的WiMAX影响力的扩大强烈迫使传统电信领域的标准化组织3GPP启动了它的长期演进计划，以OFDM为基础的多址接入技术在这次以空中接口技术的较量中，通过下行OFDMA和上行SC-FDMA奠定巨大优势获得胜利，这也意味着未来的一段时间移动通讯系统中将出现OFDM一统天下的局面。 正交频分复用（OFDM）技术能够有效的避免有符号间干扰信道，因为其简易高效，现已成为现今无线高速通讯整体中不可或缺的主要技术之一。本文最开始介绍了无线通信的发展史以及到现在的移动通信系统中的OFDM采用多种新技术所以具备更高的
5、带宽利用率和克服符号间干扰与突发噪声的能力，也因其子载波彼此之间存在正交性，能让其频谱互相叠加，对比一般的频分复用，OFDM能够尽可能地操控频谱资源去扩大系统容量，最主要的是它的灵活开放性能很好地符合多媒体通讯的特点，将包含数据、语音、影像等多种多样的多媒体业务高效完善地传达出去。并简略阐述了仿真必须用到的MATLAB的可靠的数值和符号运算功能，简易的符号语言，可视化的特点。文章对OFDM 系统进行了概述以及当今社会普遍应用的主要原因在于它能够将宽带有符号间干扰信道改造为一系列衰落信道，这也表明，带宽利用率是非常高的，和高速离散傅里叶变换（DFT）技术来实现调制和解调，且选用联合编码技术，使其
6、能够有很强的抗衰减特点及可与多种接入方式结合使用的优势与需要补足的地方，如OFDM对系统定时和频率偏移敏感和存在较高的峰值平均功率比，同时由于无线信道的不稳定性，且发射端载波和本地振荡器的频率偏差，所以产生的频率存在一定偏差使OFDM整体出现问题。同时，就OFDM系统的基本原理进行了讨论，事实上，它是用N个子载波信道切割成相应的子信道，因为这些子信道调制，实现多个数据的频域并行传输，这点和OFDM的原理差不多，唯一的区别就是OFDM技术很好的抓住了其控制特点，使其整个体系中每个子信道的载波相互正交，频谱彼此叠加，所以频谱利用率有所提升并减少了每一个子载波之间的影响。得到了OFDM为了保证不同子
7、信道上承载的数据在接收端可以正常分离，必须保证自信道之间的“正交性”，也就是说并行传输子信道并不是无限随意划分的。所谓的正交性在时域应体现为： 在频域体现为：OFDM所采用的信号设计形式是满足正交性要求的最佳信号设计，满足频域奈奎斯特采样定律的最密的采样，它的正交性是根据在某一个积分时间内所有子载波都是整周期而且不同载波之间周期个数不同来实现的。这样，就利用了子载波在时域的正交性可以完全屏蔽其他子载波的干扰，恢复了本子载波承载的数据信息。从OFDM信号在频域的图像可以看出，每个子载波的频谱实际上就是频域的抽样函数，在频域的最佳采样点无子载波间干扰。其实更本上OFDM调制和解调都是在数字基带上进
8、行数字信号处理实现的，因此t =为起始时间可以得出OFDM的符号表达式：然后OFDM等效复基带信号通过逆傅里叶变换（IDFT）的定义，能够得到它的DFT转换：从而可以得出由DFT和IDFT来分别代替OFDM系统的调制和解调。其中通过上式中OFDM 符号看出其功率谱的带外衰减速率很慢，我们不妨对其每一个都进行加窗调制，符号周期边的幅值逐渐减小为零，信号的幅度也逐渐减小，即使对信号的误码率有一定的影响。通过以上OFDM 系统参数数学公式和加窗技术的原理及运用IDFT 和DFT 完成了基于IFFT/FFT 的OFDM 系统设计，即在接收端把时域信号通过快速傅里叶变换(FFT)转化为频域信号，由此我们
9、在程序编码上配置调制解调相关参数和帧结构等相关参数可以得到OFDM在AWGN信道下的BER性能曲线仿真图，并粗略分析系统误码率与信噪比之间的关系，而其代码中也不会包含信道估计，循环前缀等模块。接下来通过上述的AWGN信道编写的程序代码的基础上进行添加修改下着重探讨了了理想同步条件下,保护时隙(CP)、循环前缀加入前后和各种信道内插方式在多径瑞利衰落信道下对OFDM系统整体性能的影响。其中如果一个符号的长度严格等于Ts，即N个采样点，那么经过符号间干扰信道之后连续的两个符号之间的样点之间必然发生重叠，而且符号之间的干扰还会影响每一个子载波间的正交性，带来严峻的后果。因此，系统中往往需要增添保护时
10、隙在两个OFDM符号之间。 一种直接的思路是在两个符号间加上一段时间为0的区域，这虽然消除了ISI，但是这种方法实际上无法克服符号间干扰所带来的子载波干扰。即在FFT积分时间的子载波的延迟路径已经不在整个周期中，子载波之间的正交性受其严重的损伤。我们为了解决这一问题，在目前实用化的OFDM系统中都采用了添加循环前缀（CP）的方法。所谓的循环前缀其实是将一个符号的后面若干个(Ncp）样点按顺序移到这个符号前面，代替保护间隔，其作用是在FFT积分时间内，每一条延迟径上的各个子载波都仍然是整周期的，保证了子载波间的正交性。循环前缀的引入虽然对抗了符号间干扰，但是带来了传输效率的下降，因此在OFDM系
11、统设计时循环前缀的长度需要适当的选择一个参数，其长度一定要大于最大多径时延时，才能担保子载波间正交性。在添加循环前缀后，很明显，整个系统都会产生功率和信息速率的损耗，但它能够克服符号间干扰和多径产生的符号间干扰，本文也会通过仿真的实际结果重点说明其两面性的长短。同时研究OFDM系统峰均功率比更高的原因，主要是该符号是由一个单一的调制的副载波信号。因此，它可能会导致一个非常高的信号峰值功率，具有很高的峰值均匀功率比。因此对比单载波系统，OFDM系统发射机的发送信号的瞬间时值极度不稳定。这势必要求系统内的如A/D、D/A转换器等一些器件具备非常大的线性动态范围；然而同时也会由于这些器件的非线性对动
12、态范围较广的信号引起非线性失真，以及彼此之间的干扰信道引起的谐波,从而降低整个OFDM体系的性能。在接收端的同时，由于无线信道的波动范围很广和不可预测性，且随着多种原因的不稳定性，从而致使收到的信号幅值、相位和频率的失真，从而难以解析。这些问题对接收机的设计造成了很大的阻碍，因此在接收机中，信道估计器是一个不可或缺的部分。信道估计器的设计在OFDM系统中首要直接就面临着两个困难：一是导频信息的选择，二是要有较低的复杂度。在最新建立于正交频分复用的无线通信系统，因为其传输速率高，它必然运用相干检测技术来得到更高的性能，因此一般选取非盲估计收获很不错的估计结果，使其能够很好的追寻无线信道的改变，提
13、升接收端信号的质量。此课题所研究的基于导频信道估计的信道估计方法也是其中一种很实用的方法。由于其分为常值内插、线性内插和DFT插值，其中常值内插是相当容易的方式，但是考虑到达成的困难度，信道估计准则选取LS估计准则，简单讨论LS算法下不同插值方式下对信道估计的仿真。在基于IFFT/FFT的系统的OFDM系统内加入保护间隔之前之后的模拟和循环前缀等模块后，在完全不一样的信道条件基础上，,对比保护时隙、循环前缀、采用LS估计方法对OFDM系统误码率影响,得到了自己此次设计中想要的结论。最后对整个毕业设计归纳总结，并提出本文存在的不足的地方和对OFDM技术将来工作的研究展望。关键词:正交频分复用;系
14、统仿真;误码率影响MATLAB Simulation and Performance Analysis of OFDM SystemThe total designed to show that Orthogonal frequency division multiplexing is a multi-carrier modulation technology with a long history, as early as the middle of the 20th century, in the field of communication, the researchers have d
15、one a lot of fruitful work, studied the multicarrier modulation theory, and demonstrates the use of multicarrier modulation technique to optimize the overall performance of the system. At that time, many experts and scholars on the frequency domain of very intensive multicarrier modulation OFDM system to produce a great deal of attention. At that time, however the growth of digital signal processing technology has not been enough, OFDM and therefore didnt get the attention and widely used.In the 1990 s, with the maturing of digital signal proces
