OFDM用matlab的模拟仿真.doc
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1、黄山学院本科毕业论文本科生毕业论文(设计)基于MATLAB的OFDM系统仿真设计 姓 名: 张海超 指导教师: 刘 琦 院 系: 信息工程学院 专 业: 电子信息工程 提交日期: 30目 录中文摘要4外文摘要5引言61绪论61.1 OFDM的发展及应用71.1.1 OFDM的发展71.1.2 OFDM的应用72OFDM 原理82.1 无线信道衰落的特征及模型82.1.1 无线信道衰落特征82.1.2 小尺度衰落分析92.2 OFDM系统的调制与解调112.2.1 OFDM系统的调制与解调原理112.2.2 OFDM系统中的FFT/IFFT132.2.3 OFDM系统中的保护间隔(GI)和循环前
2、缀(CP)及其作用142.3 OFDM系统组成152.4 OFDM系统的特点162.4.1 OFDM系统的优势162.4.2 OFDM系统的缺陷173MATLAB仿真183.1 MATLAB简介183.2 OFDM系统仿真设计183.2.1调制与解调193.2.2 不同信道环境下的系统仿真实现213.2.3 系统不同实现方式的仿真实现233.3仿真结果分析243.3.1 不同信道环境下的误码特性243.3.2 不同系统实现方式下的误码特性29结束语30参考文献30致谢31基于MATLAB的OFDM系统仿真设计张海超指导老师:刘琦 (黄山学院信息工程学院,黄山,安徽 245021)摘 要:在无线
3、信道中,可靠、高速的传输数据是无线通信的目标和要求,而OFDM技术具有抗多径时延、抗信道衰落、频谱利用率高和硬件实现相对简单的特点,近年来获得了广泛的应用,并且有望成为4G的核心技术。同时,由于无线信道具有复杂、多变的特点,为了获得OFDM系统的最佳性能,对实际OFDM系统的设计起到帮助、指导作用,对该系统进行仿真模拟显得尤为重要。本文简述了OFDM技术的发展及应用,分析了OFDM系统的优缺点,介绍了OFDM的原理以及调制解调的模型,并作为系统仿真的理论基础。在以上工作的基础上,本文采用MATLAB仿真软件对OFDM系统进行仿真,在各种信道情况下分别完成了对OFDM调制解调的仿真工作工作。结果
4、表明:OFDM技术可以大大降低系统的误码率;具有很强的抗干扰能力;仿真不仅证实了我们理论分析的结果,而且可以有效地消除实际系统设计、实现中潜在的不足,是对设计实际系统的一个有效补充,并具有一定的工程实用价值。关键词:正交频分复用; 仿真; MATLAB第一段再精简一些.第三段OFDM的优点叙述详细些,抗多径衰落能力等等。英文翻译不要完全依赖翻译软件,多用被动态。这个版本后面有些公式内容我看不到,另外有些图形也有点混乱Simulation of OFDM system based on MATLABDirector:Zhang Haichao Associate Director:Liu Qi(
5、Huangshan College of Information Engineering, Haungshan, Anhui, China, 245021)Abstract:In the wireless channel, reliable, high-speed data transfer goals and requirements of wireless communications, and OFDM technology has anti-multipath delay, fading resistant, high spectrum efficiency and the chara
6、cteristics of relatively simple hardware implementation, in recent years gained wide application, and is expected to become the core technology of 4G. Meanwhile, the wireless channel has a complex and changing characteristics, in order to obtain the best performance of OFDM system, OFDM system desig
7、n of the actual play to help, guide, simulation of the system is very important. This paper describes the development and application of OFDM technology, analyzes the advantages and disadvantages of OFDM system is introduced, and the principle of OFDM modulation and demodulation of the model, and as
8、 the theoretical basis of system simulation. Based on the above work, we use the simulation software MATLAB OFDM system is simulated, under various channel conditions were completed under the OFDM modulation and demodulation of the simulation work work. The results showed that: OFDM technology can g
9、reatly reduce the bit error rate; has a strong anti-interference ability; simulations not only confirmed the results of our theoretical analysis, and can effectively eliminate the actual system design and implementation of potential inadequate, is designed an effective complement to the actual syste
10、m, and has some practical value.Key Words:OFDM;SIMULATION; MATLAB引 言计算机技术、Intemet网络的发展与普及改变了人类生活方式,这是人类科技的一次革命性的进步。随着人们对信息量的需求越来越多,无线移动通信进入了一个快速发展时期,从第一代的模拟通信到第二代的数字通信,再到第三代的宽带通信,现在提出的4G宽带多媒体系统,都是在向移动通信界提出的个人通信的目标发展:任何人在任何地点任何时间和世界上任何人进行任何形式的通信。进入21世纪以来,世界和国内移动通信有着更快速的发展,特别是无线通信网络和Intemet的结合,使网络资源发挥
11、了更大的作用,更加促进了Intemet的发展和无线移动网络的完善,人们的生活方式更加便捷和多样化,世界发展更快、更加精彩、更加辉煌。无线移动通信技术迎来了又一次伟大的变革。当然,科技的进步对无线移动通信的业务从语音、数据、图像、服务质量和传输速率的要求也是越来越高,宽带化己成为当今通信技术领域的主要发展方向。但在数字移动通信中,移动信道存在频率选择性衰落、快衰落和慢衰落,以及各种噪声的干扰和多径传播下的码间串扰等问题,这些问题都会严重影响数字通信系统的性能和质量。为了克服上述缺陷,提高系统的性能,大多数数字移动通信系统都采用了对幅度抖动不敏感的频移键控(FsK)和带高斯滤波器的频移键控(GMS
12、K)等调制方式,并采用了降低码率及自适应反馈均衡等措施。但上述调制的信道利用率不是很高,所以随着频率资源的日趋紧张,又出现了多种新的高效的调制方式。其中正交频分复用(OFDM-orthogonal Frequeney DivisionMultiPlexing)就是一种能够有效地对抗多径传播,使受到干扰的信号能够可靠地接收的调制方式。OFDM基本原理就是将传送的高速数据流通过串并变换,分配到传输速率相对较低的若干个子信道中进行传输。每个子信道中的符号周期会相对增加,使得符号周期比多径时延长,这样可以减轻由无线信道的多径时延扩展所产生的时间弥散性对系统造成的影响。另外,OFDM由于充分利用了信号的
13、时频正交性允许N个子信道频谱有1/2重叠,使频谱利用率相对于单载波串行系统提高近一倍,同时它可以用数字信号处理(DSP)技术-快速傅里叶变换(FFT)来实现,而无需梳状滤波器组,实现简便易行。随着信息量的增大,MIMO- OFDM技术成为移动通信界的热点,而MIMO(Multiple-Input Multiple-output)技术由于能够在空间中产生独立的并行信道,同时传输多路数据流,从而有效地提高了系统的数据传输速率,极大提高了系统的频谱效率。因此,将OFDM和MIMO两种技术相结合,一是可以实现很高的传输速率,二是可以通过分集实现很强的可靠性,充分利用时间、频率和空间三种分集技术,使无线
14、系统对噪声、干扰、多径的容限大大增加。MIMO-OFDM技术己成为未来宽带无线通信的发展趋势。1 绪论1.1 OFOM的发展及应用 1.1.1 OFDM的发展 上个世纪70年代,韦斯坦(Weistein)和艾伯特(Ebert)等人应用离散傅里叶变换(DFT)和快速傅里叶方法(FFT)研制了一个完整的多载波传输系统,叫做正交频分复用(OFDM)系统。OFDM是正交频分复用的英文缩写。正交频分复用是一种特殊的多载波传输方案。OFDM应用离散傅里叶变换(DFT)和其逆变换(IDFT)方法解决了产生多个互相正交的子载波和从子载波中恢复原信号的问题。这就解决了多载波传输系统发送和传送的难题。应用快速傅里
15、叶变换更使多载波传输系统的复杂度大大降低。从此OFDM技术开始走向实用。但是应用OFDM系统仍然需要大量繁杂的数字信号处理过程,而当时还缺乏数字处理功能强大的元器件,因此OFDM技术迟迟没有得到迅速发展。 近些年来,集成数字电路和数字信号处理器件的迅猛发展,以及对无线通信高速率要求的日趋迫切,OFDM技术再次受到了重视。在上个世纪60年代已经提出了使用平行数据传输和频分复用(FDM)的概念。1970年,美国发明和申请了一个专利,其思想是采用平行的数据和子信道相互重叠的频分复用来消除对高速均衡的依赖,用于抵制冲激噪声和多径失真,而能充分利用带宽。这项技术最初主要用于军事通信系统。但在以后相当长的
16、一段时间,OFDM理论迈向实践的脚步放缓了。由于OFDM各个子载波之间相互正交,采用FFT实现这种调制,但在实际应用中,实时傅立叶变换设备的复杂度、发射机和接收机振荡器的稳定性以及射频功率放大器的线性要求等因素部成为OFDM技术实现的制约条件。在二十世纪80年代,MCM获得了突破性进展,大规模集成电路让FFT技术的实现不再是难以逾越的障碍,一些其它难以实现的困难也都得到了解决,自此,OFDM走上了通信的舞台,逐步迈向高速数字移动通信的领域。 1.2.2 OFDM的应用OFDM在各个领域中得到广泛应用,主要的应用有:无线局域网及城域网,数字视音频广播,第四代移动通信。(1)OFDM在无线局域网及
17、城域网中的应用近年来, 随着互联网的发展和个人移动电子设备的日益普及, 人们希望自己的电脑或其它电子设备能够随时以较高的数据传输率接入互联网,在这个大背景下,无线局域网和城域网的应用需求日益增加。因此, 如何使用户在复杂的传输环境下获得可靠且高速的数据传输就成了不同标准竞争的焦点。OFDM技术凭借其优势在无线局域网和城域网领域发挥着越来越重要的作用。目前IEEE 802.11a和IEEE 802.11g等无线局域网标准和IEEE 802.16e 无线城域网标准均采用OFDM技术作为其物理层技术。现在的趋势是越来越多的无线网络标准倾向于采OFDM技术。(2)OFDM在数字视音频广播中的应用在上个
18、世纪的80年代末期,OFDM技术就已经被应用到了DAB 数字音频广播中,随后OFDM又在数字视频广播中得到广泛的应用。目前较有影响力地面数字电视标准是: 以美国为代表的ATSC 数字电视标准、以欧洲为中心的DVB-T标准、日本的I S D B 方案以及由我国清华大学提出的D M B - T 标准。以上四种方案中只有A T S C没有采用O F D M 技术。不难看出, O F D M 技术在数字广播中得到了非常广泛的应用。(3)OFDM在第四代移动通信系统中的应用目前第3代(3G)移动通信系统正搞得如火如荼。我国三大电信运营商均获得了3G运营牌照,新一轮的电信大战已经打响,但这只是国内的公司与
19、公司之间的竞争。就在人们热衷于讨论3G的时候, 很多国家已经开始投入大量的人力物力对下一代(4G)移动通信系统进行研究。不同的是,这场竞争的主角是国家与国家, 各国都努力争取在下一代移动通信领域获得主动权。下一代移动通信系统对数据传输性能的要求是在静止时达20Mbps以上,高速运动时2Mbps以上, 要在无线通信环境中和频谱资源有限的情况下取得如此高的通信质量没有OFDM的支持是很难的, 这就需要OFDM技术来支撑。如果说3G 的核心技术是CDMA(Code Division Multiple Access, 码分多址) 技术的话,那4G的核心技术无疑就是OFDM技术了。目前对4G 的认识中都
20、包含了采用OFDM技术这一点。我国东南大学的移动通信国家重点实验室就做了大量关于OFDM 技术的研究。2 OFDM 原理2.1 无线信道衰落的特征及模型无线通信系统的性能主要受到无线信道的制约,当信号通过无线信道传播时,其衰落类型决定于发送信号特性及信道特性。信号参数与信道参数决定了不同的发送信号将经历不同类型的衰落。分析无线信道的特征有助于我们找出影响无线通信系统性能的因素并制定应对措施。 2.1.1 无线信道衰落特征 无线信道对信号的衰减作用使接收信号的功率减小,它由传播的路径长度、直达信号路径中的障碍情况决定,任何阻挡在发射机和接收机之间的障碍都会引起信号功率的衰减。对于无线信道对接收信
21、号造成的影响,我们可以按照大尺度效应(Large-Scale Effects)和小尺度效应(small-Scale Effects)从统计特性上来加以分别讨论。当接收机处于空间某一位置时,它在该位置附近接收到的信号功率的本地平均值(Local Mean)将受到大尺度效应的影响,这些影响包括视距(Line-of-sight,LOS)路径损耗、阴影(Shadowing)衰落等效应。 (1) 路径损耗当发射机与接收机之间的距离在较大尺度上(数百米或数千米)变化时,接收信号的平均功率值与信号传播距离d的n次方成反比。n称为路径损耗指数,n值的大小由具体的传输环境决定。对于自由空间的电波传播,n取2。(
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