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本科毕业设计方案基于MATLAB的OFDM系统仿真及分析.doc
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1、摘要正交频分复用(OFDM) 是第四代移动通信核心技术。该文一方面简要简介了OFDM发展状况及基本原理,文章对OFDM 系统调制与解调技术进行理解析,得到了OFDM 符号普通表达式,给出了OFDM 系统参数设计公式和加窗技术原理及基于IFFT/FFT 实现OFDM 系统模型,阐述了运用IDFT 和DFT 实现OFDM 系统根源所在,重点研究了抱负同步状况下,保护时隙(CP)、加循环前缀先后和不同信道内插办法在高斯信道和多径瑞利衰落信道下对OFDM系统性能影响。在给出OFDM系统模型基本上,用MATLAB语言实现了传播系统中计算机仿真并给出参照设计程序。最后给出在不同信道条件下,研究保护时隙、循
2、环前缀、信道采用LS预计办法对OFDM系统误码率影响比较曲线,得出了较抱负结论。核心词:正交频分复用;仿真;循环前缀;信道预计Title:MATLAB Simulation and Performance Analysis of OFDM SystemABSTRACTOFDM is the key technology of 4G in the field of mobile communication. In this article OFDM basic principle is briefly introduced. This paper analyzes the modulation
3、and demodulation of OFDM system,obtaining a general expression of OFDM mark,and giving the design formulas of system parameters,principle of windowing technique,OFDM system model based on IFFT/FFT,the origin which achieves the OFDM system by using IDFT and DFT. Then,the influence of CP and different
4、 channel estimation on the system performance is emphatically analyzed respectively in Gauss and Rayleigh fading channels in the condition of ideal synchronization. Besides,based on the given system model OFDM system is computer simulated with MATLAB language and the referential design procedure is
5、given. Finally,the BER curves of CP and channel estimation are given and compared. The conclusion is satisfactory.KEYWORDS:OFDM;Simulation;CP;Channel estimation目 次1 概述11.1 OFDM发展及其现状21.2 OFDM优缺陷22 OFDM基本原理42.1基于IFFT/FFT OFDM 系统模型42.2 OFDM信号频谱特性72.3 0FDM 系统调制与解调解析82.4 加窗103 循环前缀及信道预计对系统误码率改进分析133.1循环
6、前缀133.2 OFDM系统峰值平均功率比173.3信道预计183.3.1信道预计概述183.3.2基于导频信道预计办法193.3.3信道插值办法203.3.4仿真成果及分析21结 论22致 谢23参 考 文 献24附 录261 概述随着移动通信和无线因特网需求不断增长,越来越需要高速无线系统设计,而这其中一种最直接挑战就是克服无线信道带来严重频率选取性衰落。正交频分复用(OFDM)技术可以较好地克服无线信道频率选取性衰落,由于其简朴高效,OFDM已成为实现将来无线高速通信系统中最核心技术之一。当代移动通信发展至今,已经经历了三代,而3G 后续技术也在加速研究中。当前,国际原则化组织正在推动无
7、线传播技术从2Mb/s 传播速率向100Mb/s 和1000Mb/s 目的发展,对4G 定义也已经逐渐清晰起来。基本上可以拟定,OFDM/OFDMA、MIMO和智能天线等技术将成为4G 主流技术。OFDM 有关技术诸多, 实际应用中OFDM 复杂度很高。因而, 建立适合自己研究方向OFDM 模型, 无论是为了理解OFDM 技术理论,还是对后续OFDM 与其她技术相结合研究工作,均有着非常重要意义。OFDM是一种特殊多载波调制技术,它运用载波间正交性进一步提高频谱运用率,并且可以抗窄带干扰和多径衰落。多载波调制原理最早在20 世纪60 年代中期由Collins kinep lex 提出。70 年
8、代,重要用于美国军用无线高频通信系统;80 年代,OFDM研究重要用在高速调制解调器、数字移动通信及高密度录音带中;90 年代后来,OFDM重要用在非对称数字顾客环路(ADSL) 、ETSI 原则数字音广播(DAB) 、数字视频广播(DVB) 、高清晰度电视(HDTV) 、无线局域网(WLAN)等。OFDM与CDMA技术结合重要有两种形式,一种是多载波CDMA(MC-CDMA) ,一种是多载波直扩CDMA (MC-DS-CDMA) 。前者是频域扩展和多载波调制技术相结合,后者是时域扩展和多载波调制技术相结合。OFDM通过各种正交子载波将串行数据并行传播,可以增大码元宽度,减少单个码元占用频带,
9、抵抗多径引起频率选取性衰落;可以有效克服码间串扰( ISI) ,减少系统对均衡技术规定,合用于多径环境和衰落信道中高速数据传播;并且信道运用率很高,这一点在频谱资源有限无线环境中尤为重要。这些方案都是基于OFDM 之上,因而,研究OFDM系统性能就显得非常必要。本文一方面简要简介OFDM基本原理,在这个基本上建立了OFDM仿真模型,然后通过加保护时隙及进行信道预计,分析OFDM 系统在AWGN和多径Rayleigh衰落信道下不用插入算法性能,最后给出仿真成果。1.1 OFDM发展及其现状OFDM是一种特殊多载波频分复用(FDM)技术。在老式多载波频分复用系统中,各个子信道采用不同载波并行传送数
10、据,子载波之间间隔足够远,采用隔离带来防止频谱重叠,故频谱效率很低。在均衡器未被采用此前,人们就是用这种多载波方式在时间色散信道中进行高速通信。1966年,R.W.Chang分析了在多载波通信系统中如何使通过滤波后带限子载波保持正交。随后不久B.R.Saltzberg给出了一篇性能分析文章,她指出在设计一种有效并行传播系统时,应当把注意力更多地集中在减少相邻信道串扰上,而不是使各个独立信道工作得更好,由于此时信道串扰是导致信号失真重要因素。1971年,S.B.Weinstein和P.M.Ebert提出用傅立叶变换(DFT)进基带OFDM调制和解调。通过DFT进行OFDM基带调制和解调避免了生成
11、各种子载波和各种窄带带通滤波器,使系统模仿前端由各种变为一种,同步由于DFT可以用FFT来迅速实现,这进一步减少了系统实现复杂度。为对抗符号间干扰和载波闻干扰,她们提出在符号间插入一段空白时隙作为保护间隔。她们系统虽然没有能在色散信道中获得较好子载波正交性,但对OFDM仍是一种很大贡献。另一种重要贡献来自A.Peled和A.Rmz,她个人提出了采用循环前缀来解决色散信道中子载波间正交性问题。当信道响应长度不大于循环扩展时,循环前缀存在使信号与信道响应线性卷积变成循环卷积,从而使色散OFDM信号可以通过频域单点均衡进行去有关。固然,循环扩展引入会导致少量信噪比损失。由于无线信道多径传播会使宽带O
12、FDM信号产生频率选取性衰落,导致各个子信道上信噪比不同,因而实际OFDM系统都是与交织、纠错编码结合在一起,形成编码正交频分复用(COFDM)。交织和编码可以使OFDM系统获得良好频率和时间二维分集。1.2 OFDM优缺陷 虽然OFDM已经得到广泛应用,但是在使用中咱们也要清晰结识到它优缺陷,下面简要从这两方面简介下OFDM。OFDM技术长处重要有:(1) OFDM调制方式合用于多径和衰落信道中高速数据传播。当信道由于多径影响浮现频率选取性衰落时,只有落在频率凹陷处载波及其携带信息受到影响,其他子载波未受损害;。(2) 在OFDM调制方式中,通过插入保护间隔,可以较好地克服符号间干扰(ISI
13、)和载波间干扰(ICI)(3) 由于OFDM各子载波互相正交,容许各子载波有1/2重叠,因而可以大大提高频谱运用率:(4) 由于深度衰落而丢失某些子载波可通过编码、交织等办法来较好恢复,提高系统抗误码性能,且通过各子载波联合编码,具备很强抗衰落能力;(5) OFDM技术抗脉冲及窄带干扰能力很强,由于这些干扰仅仅影响到很小一某些子信道;(6) 与单载波系统相比,对采样定期偏移不敏感。OFDM技术缺陷重要有:(1) 由于规定各子载波正交,因此对频率偏移和相位噪声很敏感; (2) 由于各子载波互相独立,峰值功率与均值功率比相对较大,且随子载波数目增长而增长。高峰均比信号通过功放时,为了避免信号非线性
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