通信原理
课程设计报告
题目基于MATLAB的2FSK仿真
学院电子信息工程学院
专业通信工程（本）
学生姓名
学号年级级
指导教师职称
二〇一二年一月
目录
第一章绪论 (2)
1.1MATLAB的简介 (2)
1.2通信技术的历史和发展 (2)
1.2.1 通信的概念 (2)
1.2.2 通信的发展史简介 (3)
1.3通信技术的发展现状和趋势 (4)
第二章 2FSK的基本原理和实现 (5)
2.12FSK的产生 (5)
2.22FSK滤波器的调解及抗噪声性能 (7)
第三章 2FSK的仿真 (10)
3.1仿真思路 (10)
3.2仿真程序 (10)
3.3输出波形 (13)
3.4结果分析 (15)
第四章心得体会 (16)
参考文献 (18)
第一章绪论
1.1 MATLAB的简介
Matlab是一种解释性执行语言，具有强大的计算、仿真、绘图等功能。由于它使用简单，扩充方便，尤其是世界上有成千上万的不同领域的科研工作者不停的在自己的科研过程中扩充Matlab的功能，使其成为了巨大的知识宝库。目前的Matlab版本已经可以方便的设计漂亮的界面，它可以像VB等语言一样设计漂亮的用户接口，同时因为有最丰富的函数库（工具箱），所以计算的功能实现也很简单，进一步受到了科研工作者的欢迎。另外，,Matlab 和其他高级语言也具有良好的接口，可以方便的实现与其他语言的混合编程，进一步拓宽了Matlab的应用潜力。可以说，Matlab已经也很有必要成为大学生的必修课之一，掌握这门工具对学习各门学科有非常重要的推进作用。，
1.2 通信技术的历史和发展
1.2.1 通信的概念
通信就是克服距离上的障碍，从一地向另一地传递和交换消息。消息是信息源所产生的，是信息的物理表现，例如，语音、文字、数据、图形和图像等都是消息。消息有模拟消息（如语音、图像等）以及数字消息（如数据、文字等）之分。所有消息必须在转换成电信号（通常简称为信号）后才能在通信系统中传输。所以，信号是传输消息的手段，信号是消息的物质载体。
相应的信号可分为模拟信号和数字信号，模拟信号的自变量可以是连续的或离散的，但幅度是连续的，如电话机、电视摄像机输出的信号就是模拟信号。数字信号的自变量可以是连续的或离散的，但幅度是离散的，如电船传机、计算机等各种数字终端设备输出的信号就是数字信号。
通信的目的是传递消息，但对受信者有用的是消息中包含的有效内容，也即信息。消息是具体的、表面的，而信息是抽象的、本质的，且消息中包含的信息的多少可以用信息量来度量。
通信技术，特别是数字通信技术近年来发展非常迅速，它的应用越来越广泛。通信从本质上来讲就是实现信息传递功能的一门科学技术，它要将大量有用的信息无失真，高效率地进行传输，同时还要在传输过程中将无用信息和有害信息抑制掉。当今的通信不仅要有效地传递信息，而且还有储存、处理、采集及显示等功能，通信已成为信息科学技术的一个重要组成部分。
通信系统就是传递信息所需要的一切技术设备和传输媒质的总和，包括信息源、发送设备、信道、接收设备和信宿(受信者) ，它的一般模型如图1-1所示。
→→→→信息源发送设备信道接收设备受信者
↑
噪声源
图1-1 通信系统一般模型
通信系统可分为数字通信系统和模拟通信系统。数字通信系统是利用数字信号来传递消息的通信系统，其模型如图1-2所示，
→→→→→→→→信数信信
数信信源道字受道源字信息编编调 解译译信
源
码码调码码者
制道
器
器
器
器
器
器
↑
噪声源
图1-2 数字通信系统模型
模拟通信系统是利用模拟信号来传递消息的通信系统，其模型如图1-3所示。
→→→→信息源调制器信道解调器受信者
↑
噪声源
图1-3 模拟通信系统模型
数字通信系统较模拟通信系统而言，具有抗干扰能力强、便于加密、易于实现集成化、便于与计算机连接等优点。因而，数字通信更能适应对通信技术的越来越高的要求。近二十年来，数字通信发展十分迅速，在整个通信领域中所占比重日益增长，在大多数通信系统中已代替模拟通信，成为当代通信系统的主流。 1.2.2 通信的发展史简介
远古时代,远距离的传递消息是以书信的形式来完成的,这种通信方式明显具有传递时间
长的缺点。为了在尽量短的时间内传递尽量多的消息,人们不断地尝试所能找到的各种最新技术手段。1837年发明的莫尔斯电磁式电报机标志着电通信的开始,之后，利用电进行通信的研究取得了长足的进步。1866年利用海底电缆实现了跨大西洋的越洋电报通信。1876年贝尔发明了电话,利用电信号实现了语音信号的有线传递，使信息的传递变的既迅速又准确，这标志着模拟通信的开始，由于它比电报更便于交流使用，所以直到20世纪前半叶这种采用模拟技术的电话通信技术比电报的到了更为迅速和广泛的发展。1937年瑞威斯发明的脉冲编码调制标志数字通信的开始。20世纪60年代以后集成电路、电子计算机的出现，使得数字通信迅速发展。在70年代末在全球发展起来的模拟移动电话在90年代中期被数字移动电话所代替，现有的模拟电视也正在被数字电视所代替。数字通信的高速率和大容量等各方面的优越性也使人们看到了它的发展前途。
1.3通信技术的发展现状和趋势
进入20世纪以来，随着晶体管、集成电路的出现与普及、无线通信迅速发展。特别是在20世纪后半叶，随着人造地球卫星的发射，大规模集成电路、电子计算机和光导纤维等现代技术成果的问世，通信技术在以下几个不同方向都取得了巨大的成功。
(1) 移动通信和卫星通信的出现，使人们随时随地可通信的愿望可以实现。
(2）微波中继通信使长距离、大容量的通信成为了现实。
（3）光导纤维的出现更是将通信容量提高到了以前无法想象的地步。
（4）电子计算机的出现将通信技术推上了更高的层次，借助现代电信网和计算机的融合人们将世界变成了地球村。
（5）微电子技术的发展，使通信终端的体积越来越小，成本越来越低，范围越来越广。例如，2003年我国的移动电话用户首次超过了固定电话用户。根据国家信息产业部的统计数据，到2005年底移动电话用户近4亿。
随着现代电子技术的发展，通信技术正向着数字化、网络化、智能化和宽带化的方向发展。随着科学技术的进步，人们对通信的要求越来越高，各种技术会不断地应用于通信领域，各种新的通信业务将不断地被开发出来。到那时人们的生活将越来越离不开通信。
第二章 2FSK的基本原理和实现
二进制频率调制是用二进制数字信号控制正弦波的频率随二进制数字信号的变化而变化。由于二进制数字信息只有两个不同的符号，所以调制后的已调信号有两个不同的频率f1和f2，f1对应数字信息“1”，f2对应数字信息“0”。二进制数字信息及已调载波如图2-1所示。
图2-1 2FSK信号
2.1 2FSK的产生
在2FSK信号中，当载波频率发生变化时，载波的相位一般来说是不连续的，这种信号称为不连续2FSK信号。相位不连续的2FSK通常用频率选择法产生，如图2-2所示：
图2-2 2FSK信号调制器
两个独立的振荡器作为两个频率发生器，他们受控于输入的二进制信号。二进制信号通过两个与门电路，控制其中的一个载波通过。调制器各点波形如图2-3所示：
图2-3 2FSK调制器各点波形
由图2-3可知，波形g是波形e和f的叠加。所以，二进制频率调制信号2FSK可以看成是两个载波频率分别为f1和f2的2ASK信号的和。由于“1”、“0”统计独立，因此，2FSK信号功率谱密度等于这两个2ASK信号功率谱密度之和，即
（2-1）2FSK信号的功率谱如图2-4所示：
图2-4 2FSK信号的功率谱
由图2-4看出，2FSK信号的功率谱既有连续谱又有离散谱，离散谱位于两个载波频率f1和f2处，连续谱分布在f1和f2附近，若取功率谱第一个零点以内的成分计算带宽，显然2FSK信号的带宽为
（2-2）为了节约频带，同时也能区分f1和f2，通常取|f1-f2|=2fs，因此2FSK信号的带宽为
（2-3）当|f1-f2|=fs时，图2-4中2FSK的功率谱由双峰变成单峰，此时带宽为
（2-4）对于功率谱是单峰的2FSK信号，可采用动态滤波器来解调。此处介绍功率谱为双峰的2FSK 信号的解调。
2.2 2FSK滤波器的调解及抗噪声性能
2FSK信号的解调也有相干解调和包络解调两种。由于2FSK信号可看做是两个2ASK信号之和，所以2FSK解调器由两个并联的2ASK解调器组成。图2-5为相干2FSK和包络解调。
图2-5 2FSK信号调解器
相干2FSK抗噪声性能的分析方法和相干2ASK很相似。现将收到的2FSK信号表示为
（2-5）当发送数字信息为“1”时，2FSK信号的载波频率为f1，信号能通过上支路的带通滤波器。上支路带通滤波器的输出是信号和窄带噪声n i1(t)的叠加(噪声中的下标1表示上支路窄带高斯噪声)，即
（2-6）此信号与同步载波cos2πf1t相乘，再经低通滤波器滤除其中的高频成分，送给取样判决器的信号为
（2-7）上式中未计入系数1/2。与此同时，频率为f1的2FSK信号不能通过下支路中的带通滤波器，因为下支路中的带通滤波器的中心频率为f2，所以下支路带通滤波器的输出只有窄带高斯噪声，即
（2-8）此噪声与同步载波cos2πf2t相乘，再经低通滤波器滤波后输出为
（2-9）上式中未计入系数1/2。定义
（2-10）取样判决器对x(t)取样，取样值为
（2-11）
其中，nI1、 nI2都是均值为0、方差为的高斯随机变量，所以x
是均值为a、方差为的高斯随机变量，x的概率密度函数为
（2-12）概率密度曲线如图2-6所示：
图2-6 判决值的函数示意图
判决器对x进行判决，当x>0时，判发送信息为“1”，此判决是正确的；当x<0时，判决发送信息为“0”，显然此判决是错误的。由此可见，x<0的概率就是发“1”错判成“0”的概率，即
（2-13）当发送数字信号“0”时，下支路有信号，上支路没有信号。用与上面分析完全相同的方法，可得到发“0” 码时错判成“1”码的概率P(1/0)，容易发现，此概率与上式表示的P(0/1)相同，所以解调器的平均误码率为
P e=P(1)P(0/1)+P(0)P(1/0)=P(0/1)［P(1)+P(0)］=P(0/1) (2-14) 所以
(2-15) 式中
注意，式中无需“1”、“0”等概这一条件。
第三章 2FSK的仿真
由相关调制解调的原理图
输入的信号为：S（t）=[∑аn*g(t-nTs)]cosω1t+[ān*g(t-nTs)]cosω1t（ān是аn的反码）来设计仿真
3.1仿真思路
1.首先要确定采样频率fs和两个载波频率的值f1，f2。
2.写出输入已经信号的表达式S(t)。由于S(t)中有反码的存在，则需要将信号先反转后在从原信号和反转信号中进行抽样。写出已调信号的表达式S(t)。
3.在2FSK的解调过程中，如上图原理图，信号首先通过带通滤波器，设置带通滤波器的参数，后用一维数字滤波函数filter对信号S(t)的数据进行滤波处理。输出经过带通滤波器后的信号波形。由于已调信号中有两个不同的载波（ω1, ω2）,则经过两个不同频率的带通滤波器后输出两个不同的信号波形H1,H2。
4.经过带通滤波器后的2FSK信号再经过相乘器（cosω1，cosω2），两序列相乘的MATLAB 表达式y=x1.*x2 → SW=Hn.*Hn ，输出得到相乘后的两个不同的2FSK波形h1,h2。
5.经过相乘器输出的波形再通过低通滤波器，设置低通滤波器的参数，用一维数字滤波韩式filter对信号的数据进行新的一轮的滤波处理。输出经过低通滤波器后的两个波形（sw1,sw2）。
6.将信号sw1和sw2同时经过抽样判决器，分别输出st1,st2。其抽样判决器输出的波形为最后的输出波形st。对抽样判决器经定义一个时间变量长度i，当st1(i)>=st2(i)时，则st=0，否则st=st2(i).其中st=st1+st2。
3.2仿真程序
程序如下：
fs=2000; %采样频率
dt=1/fs;
f1=20;
f2=120; %两个信号的频率
a=round(rand(1,10)); %随机信号
g1=a
g2=~a; %信号反转，和g1反向
g11=(ones(1,2000))'*g1; %抽样
g1a=g11(:)';
g21=(ones(1,2000))'*g2;
g2a=g21(:)';
t=0:dt:10-dt;
t1=length(t);
fsk1=g1a.*cos(2*pi*f1.*t);
fsk2=g2a.*cos(2*pi*f2.*t);
fsk=fsk1+fsk2; %产生的信号
no=0.01*randn(1,t1); %噪声
sn=fsk+no;
subplot(311);
plot(t,no); %噪声波形
title('噪声波形')
ylabel('幅度')
subplot(312);
plot(t,fsk);
title('产生的波形')
ylabel('幅度')
subplot(313);
plot(t,sn);
title('将要通过滤波器的波形')
ylabel('幅度的大小')
xlabel('t')
figure(2) %FSK解调
b1=fir1(101,[10/800 20/800]);
b2=fir1(101,[90/800 110/800]); %设置带通参数
H1=filter(b1,1,sn);
H2=filter(b2,1,sn); %经过带通滤波器后的信号subplot(211);
plot(t,H1);
title('经过带通滤波器f1后的波形')
ylabel('幅度')
subplot(212);
plot(t,H2);
title('经过带通滤波器f2后的波形')
ylabel('幅度')
xlabel('t')
sw1=H1.*H1;
sw2=H2.*H2; %经过相乘器
figure(3)
subplot(211);
plot(t,sw1);
title('经过相乘器h1后的波形')
ylabel('幅度')
subplot(212);
plot(t,sw2);
title('经过相乘器h2后的波形')
ylabel('·幅度')
xlabel('t')
bn=fir1(101,[2/800 10/800]); %经过低通滤波器figure(4)
st1=filter(bn,1,sw1);
st2=filter(bn,1,sw2);
subplot(211);
plot(t,st1);
title('经过低通滤波器sw1后的波形')
ylabel('幅度')
subplot(212);
plot(t,st2);
title('经过低通滤波器sw2后的波形')
ylabel('幅度')
xlabel('t')
%判决
for i=1:length(t)
if(st1(i)>=st2(i))
st(i)=0;
else st(i)=st2(i);
end
end
figure(5)
st=st1+st2;
subplot(211);
plot(t,st);
title('经过抽样判决器后的波形')
ylabel('幅度')
subplot(212);
plot(t,sn);
title('原始的波形')
ylabel('幅度')
xlabel('t')
程序完；
3.3输出波形Figure 1
Figure 2
Figure 3
Figure 4
Figure 5
3.4结果分析
2FSK信号的调制解调原理是通过带通滤波器将2FSK信号分解为上下两路2FSK信号后分别解调，然后进行抽样判决输出信号。本实验对信号2FSK采用相干解调进行解调。对于2FSK 系统的抗噪声性能，本实验采用同步检测法。设“1”符号对应载波频率f1，“0”符号对应载波频率f2。在原理图中采用两个带通滤波器来区分中心频率分别为f1和f2的信号。中心频率为f1的带通滤波器之允许中心频率为f1的信号频谱成分通过，滤除中心频率为f2的信号频谱成分。
接收端上下支路两个带通滤波器的输出波形中H1,H2。在H1,H2波形中在分别含有噪声n1,n2，其分别为高斯白噪声ni经过上下两个带通滤波器的输出噪声——窄带高斯噪声，其均值同为0，方差同为(σn)2,只是中心频率不同而已。
其抽样判决是直接比较两路信号抽样值的大小，可以不专门设置门限。判决规制应与调制规制相呼应，调制时若规定“1”符号对应载波频率f1，则接收时上支路的抽样较大，应判为“1”，反之则判为“0”。
在（0，Ts）时间内发送“1”符号（对应ω1），则上下支路两个带通滤波器输出波形H1,H2。H1,H2分别经过相干解调（相乘—低通）后，送入抽样判决器进行判决。比较的两路输入波形分别为上支路st1=a+n1,下支路st2=n2，其中a为信号成分；n1和n2均为低通型高斯噪声，其均值为零，方差为（σn）2。当st1的抽样值st1(i)小于st2的抽样值st2(i),判决器输出“0”符号，造成将“1”判为“0”的错误。
第四章心得体会
课程设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。下面我对整个课程设计过程做一下简单的总结。第一，查资料室做课程设计的前期准备工作，好的开端就相当于成功了一半，到图书馆或上网找相关资料虽说是比较原始的方式，但也有可取之处。不管通过哪种方式查的资料都是有利用价值的，要一一记录下来以备后用。第二，通过上面的过程，已经积累了不少资料，对所给的课程也大概有了一些了解，这一步就在这样的基础上，综合已有的资料来更透彻的分析题目。第三，有了研究方向，就该动手实现了。其实以前的两步都是为这一步作的铺垫。
本次课程设计主要涉及到了通信原理和MATLB的相关知识与运用，主要有基带信号的调制原理及方法、低通和带通滤波器等等，加深了对上述相关知识的了解，使自己更深刻理解了调制与解调的原理和实现方法，以及基本掌握了MATLAB的基本应用。因为是以所学理论为基础，所以在课程设计的过程中，我又重温2FSK的调制与解调等知识，更加熟悉了MATLB 里面的Simulink工具箱，学会了独立建立模型，分析调制与解调结果，和加入噪声之后的情况，通过自己不断的调试，更好的理解加入噪声对信道的影响。
这次课程设计对我的自身能力有了进一步了解。第一点，这进一步端正了我的学习态度，学会了实事求是、严谨的作风，提高了动手能力。也要对自己严格要求，不能够一知半解，
要力求明明白白。浮躁的性格对于搞设计来说或者学习是致命的，一定要静下心来，踏实的做事。第二点，我觉得动手之前，头脑里必须清楚应该怎么做，这一点是很重要的，所谓三思而后行。
在这次课程设计中我们遇到了许多的困难，由于粗心大意出了一些简单的错误，浪费了许多时间去改正。还好在同学和老师的帮组下，给我指出了错误的原因以及改正的方法，我们组才顺利的完成了本次课程设计。通过这次课程设计，我学到了很多书本上没有的知识。锻炼了我们独立思考问题、分析问题、解决问题的能力。而且本次设计有自己和本组成员共同完成。加强了和别人沟通的能力以及团队精神，对我们走向社会是个很好的锻炼。这个课程设计完成仓促，在编程过程中，我发现自己的程序还有很多地方可以完善，其中若有不足之前，请老师指出，我将及时改正。
参考文献
[1] 王兴亮编著，《数字通信原理与技术》，西安电子科技大学出版社，第二版
[2] 徐明远邵玉斌编著，《MATLAB仿真在通信与电子工程中的应用》，西安电子科技大学出版社，2005
[3] 孙屹吴磊编著, 《Simulink通信仿真开发手册》,国防工业出版社,2003
[4] 黄葆华牟华坤编著，《通信原理》，先电子科技大学出版社
clc; clear all; close all; fprintf('OFDM系统仿真\n'); carrier_count=input('输入系统仿真的子载波数: \n');%子载波数128,64,32,16 symbols_per_carrier=30;%每子载波含符号数 bits_per_symbol=4;%每符号含比特数,16QAM调制 IFFT_bin_length=1024;%FFT点数 PrefixRatio=1/4;%保护间隔与OFDM数据的比例1/6~1/4 GI=PrefixRatio*IFFT_bin_length ;%每一个OFDM符号添加的循环前缀长度为1/4*IFFT_bin_length ,即256 beta=1/32;%窗函数滚降系数 GIP=beta*(IFFT_bin_length+GI);%循环后缀的长度40 SNR=10; %信噪比dB %================信号产生=================================== baseband_out_length=carrier_count*symbols_per_carrier*bits_per_symbol;%所输入的比特数目 carriers=(1:carrier_count)+(floor(IFFT_bin_length/4)-floor(carrier_count/2));%共轭对称子载波映射复数数据对应的IFFT点坐标 conjugate_carriers = IFFT_bin_length - carriers + 2;%共轭对称子载波映射共轭复数对应的IFFT点坐标 rand( 'twister',0); %每次产生不相同得伪随机序列 baseband_out=round(rand(1,baseband_out_length));%产生待调制的二进制比特流figure(1); stem(baseband_out(1:50)); title('二进制比特流') axis([0, 50, 0, 1]); %==============16QAM调制==================================== complex_carrier_matrix=qam16(baseband_out);%列向量 complex_carrier_matrix=reshape(complex_carrier_matrix',carrier_count,symbols_per
通信系统仿真设计实训报告1.课题名称：基于MATLAB 的QPSK系统仿真设计与实现 学生学号： 学生姓名： 所在班级： 任课教师： 2016年10月25日
目录 1.1QPSK系统的应用背景简介 (3) 1.2 QPSK实验仿真的意义 (3) 1.3 实验平台和实验内容 (3) 1.3.1实验平台 (3) 1.3.2实验内容 (3) 二、系统实现框图和分析 (4) 2.1、QPSK调制部分， (4) 2.2、QPSK解调部分 (5) 三、实验结果及分析 (6) 3.1、理想信道下的仿真 (6) 3.2、高斯信道下的仿真 (7) 3.3、先通过瑞利衰落信道再通过高斯信道的仿真 (8) 总结： (10) 参考文献： (11) 附录 (12)
1.1QPSK系统的应用背景简介 QPSK是英文Quadrature Phase Shift Keying的缩略语简称，意为正交相移键控，是一种数字调制方式。在19世纪80年代初期,人们选用恒定包络数字调制。这类数字调制技术的优点是已调信号具有相对窄的功率谱和对放大设备没有线性要求,不足之处是其频谱利用率低于线性调制技术。19世纪80年代中期以后,四相绝对移相键控(QPSK)技术以其抗干扰性能强、误码性能好、频谱利用率高等优点,广泛应用于数字微波通信系统、数字卫星通信系统、宽带接入、移动通信及有线电视系统之中。 1.2 QPSK实验仿真的意义 通过完成设计内容，复习QPSK调制解调的基本原理，同时也要复习通信系统的主要组成部分，了解调制解调方式中最基础的方法。了解QPSK的实现方法及数学原理。并对“通信”这个概念有个整体的理解，学习数字调制中误码率测试的标准及计算方法。同时还要复习随机信号中时域用自相关函数，频域用功率谱密度来描述平稳随机过程的特性等基础知识，来理解高斯信道中噪声的表示方法，以便在编程中使用。 理解QPSK调制解调的基本原理，并使用MATLAB编程实现QPSK信号在高斯信道和瑞利衰落信道下传输，以及该方式的误码率测试。复习MATLAB编程的基础知识和编程的常用算法以及使用MATLAB仿真系统的注意事项，并锻炼自己的编程能力，通过编程完成QPSK调制解调系统的仿真，以及误码率测试，并得出响应波形。在完成要求任务的条件下，尝试优化程序。 通过本次实验，除了和队友培养了默契学到了知识之外，还可以将次实验作为一种推广，让更多的学生来深入一层的了解QPSK以至其他调制方式的原理和实现方法。可以方便学生进行测试和对比。足不出户便可以做实验。 1.3 实验平台和实验内容 1.3.1实验平台 本实验是基于Matlab的软件仿真，只需PC机上安装MATLAB 6.0或者以上版本即可。 （本实验附带基于Matlab Simulink （模块化）仿真，如需使用必须安装simulink 模块） 1.3.2实验内容 1.构建一个理想信道基本QPSK仿真系统,要求仿真结果有 a.基带输入波形及其功率谱 b.QPSK信号及其功率谱
第一章绪论 1.1简述 OFDM是一种特殊的多载波传输方案，它可以被看作是一种调制技术，也可以被当作一种复用技术。多载波传输把数据流分解成若干子比特流，这样每个子数据流将具有低得多的比特速率，用这样的低比特率形成的低速率多状态符号再去调制相应的子载波，就构成多个低速率符号并行发送的传输系统。正交频分复用是对多载波调制（MCM，Multi-Carrier Modulation）的一种改进。它的特点是各子载波相互正交，所以扩频调制后的频谱可以相互重叠，不但减小了子载波间的干扰，还大大提高了频谱利用率。 符号间干扰是多径衰落信道宽带传输的主要问题，多载波调制技术包括正交频分复用(OFDM)是解决这一难题中最具前景的方法和技术。利用OFDM技术和IFFT方式的数字实现更适宜于多径影响较为显著的环境，如高速WLAN 和数字视频广播DVB等。OFDM作为一种高效传输技术备受关注，并已成为第4代移动通信的核心技术。如果进行OFDM系统的研究，建立一个完整的OFDM 系统是必要的。本文在简要介绍了OFDM 基本原理后，基于MATLAB构建了一个完整的OFDM动态仿真系统。 1.2 OFDM基本原理概述 1.2.1 OFDM的产生和发展 OFDM的思想早在20世纪60年代就已经提出，由于使用模拟滤波器实现起来的系统复杂度较高，所以一直没有发展起来。在20世纪70年代，提出用离散傅里叶变换（DFT）实现多载波调制，为OFDM的实用化奠定了理论基础；从此以后，OFDM在移动通信中的应用得到了迅猛的发展。 OFDM系统收发机的典型框图如图1.1所示，发送端将被传输的数字信号转换成子载波幅度和相位的映射，并进行离散傅里叶变换（IDFT）将数据的频谱表达式变换到时域上。IFFT变换与IDFT变换的作用相同，只是有更高的计算效
课程设计 。 课程设计名称：嵌入式系统课程设计 专业班级： 07级电信1-1 学生姓名：__王红__________ 学号：_____107_____ 指导教师：李国平，陈涛，金广峰，韩琳 课程设计时间：— |
1 需求分析 运用模拟角度调制系统的分析进行频分复用通信系统设计。从OFDM系统的实现模型可以看出，输入已经过调制的复信号经过串／并变换后，进行IDFT或IFFT和并／串变换，然后插入保护间隔，再经过数／模变换后形成OFDM调制后的信号s(t)。该信号经过信道后，接收到的信号r(t)经过模／数变换，去掉保护间隔，以恢复子载波之间的正交性，再经过串／并变换和DFT或FFT后，恢复出OFDM的调制信号，再经过并／串变换后还原出输入符号 2 概要设计 1.简述OFDM通信系统的基本原理 2.简述OFDM的调制和解调方法 3.概述OFDM系统的优点和缺点 4.基于MATLAB的OFDM系统的实现代码和波形 ： 3 运行环境 硬件：Windows XP 软件:MATLAB 4 详细设计 OFDM基本原理 一个完整的OFDM系统原理如图1所示。OFDM的基本思想是将串行数据，并行地调制在多个正交的子载波上，这样可以降低每个子载波的码元速率，增大码元的符号周期，提高系统的抗衰落和干扰能力，同时由于每个子载波的正交性，大大提高了频谱的利用率，所以非常适合移动场合中的高速传输。
在发送端，输入的高比特流通过调制映射产生调制信号，经过串并转换变成N条并行的低速子数据流，每N个并行数据构成一个OFDM符号。插入导频信号后经快速傅里叶反变换(IFFT)对每个OFDM符号的N个数据进行调制，变成时域信号为： [ 式 式1中：m为频域上的离散点；n为时域上的离散点；N为载波数目。为了在接收端有效抑制码间干扰(InterSymbol Interference，ISI)，通常要在每一时域OFDM符号前加上保护间隔(Guard Interval，GI)。加保护间隔后的信号可表示为式，最后信号经并／串变换及D／A转换，由发送天线发送出去。 式 接收端将接收的信号进行处理，完成定时同步和载波同步。经A／D转换，串并转换后的信号可表示为：
基于MATLAB的QPSK通信系统仿真设计 摘要 随着移动通信技术的发展，以前在数字通信系统中采用FSK、ASK、PSK 等调制方式，逐渐被许多优秀的调制技术所替代。本文主要介绍了QPSK调制与解调的实现原理框图，用MATLAB软件中的SIMULINK仿真功能对QPSK调制与解调这一过程如何建立仿真模型，通过对仿真模型的运行，得到信号在QPSK 调制与解调过程中的信号时域变化图。通过该软件实现方式，可以大大提高设计的灵活性，节约设计时间，提高设计效率，从而缩小硬件电路设计的工作量，缩短开发周期。 关键词 QPSK，数字通信，调制，解调，SIMULINK -I-
Abstract As mobile communications technology, and previously in the adoption of digital cellular system, ASK, FSK PSK modulation, etc. Gradually been many excellent mod ulation technology substitution, where four phase-shift keying QPSK technology is a wireless communications technology in a binary modulation method. This article prim arily describes QPSK modulation and demodulation of the implementation of the prin ciple of block diagrams, focuses on the MATLAB SIMULINK software emulation in on QPSK modulation and demodulation the process how to build a simulation model, through the operation of simulation model, I get signal in QPSK modulation and dem odulation adjustment process domain change figure. The software implementation, ca n dramatically improve the design flexibility, saving design time, increase efficiency, design to reduce the workload of hardware circuit design, and shorten the developmen t cycle. Keywords QPSK, Digital Communication,modulation,demodulation,SIMULINK -II-
3.1 计算机仿真 仿真实验是掌握系统性能的一种手段。它通过对仿真模型的实验结果来确定实际系统的性能。从而为新系统的建立或系统的改进提供可靠的参考。通过仿真，可以降低新系统失败的可能性，消除系统中潜在的瓶颈。优化系统的整体性能，衡量方案的可行性。从中选择最后合理的系统配置和参数配置。然后再应用于实际系统中。因此，仿真是科学研究和工程建设中不可缺少的方法。 3.1.1 仿真平台 ●硬件 CPU：Pentium III 600MHz 内存：128M SDRAM ●软件 操作系统：Microsoft Windows2000 版本5.0 仿真软件：The Math Works Inc. Matlab 版本6.5 包括MATLAB 6.5的M文件仿真系统。 Matlab是一种强大的工程计算软件。目前最新的6.x版本 (windows环境)是一种功能强、效率高、便于进行科学和工程计算的交互式软件包。其工具箱中包括:数值分析、矩阵运算、通信、数字信号处理、建模和系统控制等应用工具程序，并集应用程序和图形于一便于使用的集成环境中。在此环境下所解问题的Matlab语言表述形式和其数学表达形式相同，不需要按传统的方法编程。Matlab的特点是编程效率高，用户使用方便，扩充能力强，语句简单，内涵丰富，高效方便的矩阵和数组运算，方便的绘图功能。 3.1.2 基于MATLAB的OFDM系统仿真链路 根据OFDM 基本原理，本文给出利用MATLAB编写OFDM系统的仿真链路流程。串行数据经串并变换后进行QDPSK数字调制，调制后的复信号通过N点IFFT变换，完成多载波调制，使信号能够在N个子载波上并行传输，中间插入10训练序列符号用于信道估计，加入循环前缀后经并串转换、D /A后进入信道,接收端经过N点FFT变换后进行信道估计，将QDPSK解调后的数据并串变换后得到原始信息比特。 本文采用MATLAB语言编写M文件来实现上述系统。M文件包括脚本M文件和函数M文件，M文件的强大功能为MATLAB的可扩展性提供了基础和保障,使MATLAB能不断完善和壮大，成为一个开放的、功能强大的实用工具。M文件通过input命令可以轻松实现用户和程序的交互，通过循环向量化、数组维数预定义等提高M文件执行速度，优化内存管理，此外，还可以通过类似C++语言的面向对象编程方法等等。
基于matlab的ofdm系统设计与仿真
摘要 OFDM即正交频分复用技术，实际上是多载波调制中的一种。其主要思想是将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到相互正交且重叠的多个子载波上同时传输。该技术的应用大幅度提高无线通信系统的信道容量和传输速率，并能有效地抵抗多径衰落、抑制干扰和窄带噪声，如此良好的性能从而引起了通信界的广泛关注。 本文设计了一个基于IFFT/FFT算法与802.11a标准的OFDM系统，并在计算机上进行了仿真和结果分析。重点在OFDM系统设计与仿真，在这部分详细介绍了系统各个环节所使用的技术对系统性能的影响。在仿真过程中对OFDM信号使用QPSK调制，并在AWGN信道下传输，最后解调后得出误码率。整个过程都是在MATLAB环境下仿真实现，对ODFM系统的仿真结果及性能进行分析，通过仿真得到信噪比与误码率之间的关系，为该系统的具体实现提供了大量有用数据。
第一章 ODMF 系统基本原理 1.1多载波传输系统 多载波传输通过把数据流分解为若干个子比特流，这样每个子数据流将具有较低的比特速率。用这样的低比特率形成的低速率多状态符号去调制相应的子载波，构成了多个低速率符号并行发送的传输系统。在单载波系统中，一次衰落或者干扰就会导致整个链路失效，但是在多载波系统中，某一时刻只会有少部分的子信道会受到衰落或者干扰的影响。图1－1中给出了多载波系统的基本结构示意图。 图1-1多载波系统的基本结构 多载波传输技术有许多种提法，比如正交频分复用(OFDM)、离散多音调制(DMT)和多载波调制(MCM)，这3种方法在一般情况下可视为一样，但是在OFDM 中，各子载波必须保持相互正交，而在MCM 则不一定。 1.2正交频分复用 OFDM 就是在FDM 的原理的基础上，子载波集采用两两正交的正弦或余弦函数集。函数集{t n ωcos }， {t m ωsin } (n,m=0,1,2…)的正交性是指在区间(T t t +00,)内有正弦函数同理：)0()()(2/0cos *cos 00===≠?? ???=? +m n m n m n T T tdt m t n T t t ωω 其中ωπ2=T （1-1）
┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊ 目录 第一章概述 (1) 第二章QPSK通信系统原理与仿真 (1) 2.1 QPSK系统框图介绍 (1) 2.2QPSK信号的调制原理 (2) 2.2.1QPSK信号产生方法 (2) 2.2.2QPSK星座图 (2) 2.3QPSK解调原理及误码率分析 (3) 2.3.1QPSK解调方法 (3) 2.3.2QPSK系统误码率 (3) 2.4QPSK信号在AWGN信道下仿真 (4) 第三章BPSK通信系统原理与仿真 (4) 3.1BPSK信号的调制原理 (4) 3.2BPSK解调原理及误码率分析 (4) 第四章QPSK与BPSK性能比较 (5) 4.1QPSK与BPSK在多信道下比较仿真 (5) 4.1.1纵向比较分析 (5) 4.1.2横向比较分析 (7) 4.2仿真结果分析 (7) 4.2.1误码率分析 (7) 4.2.2频带利用率比较 (7) 附录 (8) 代码1 (8) 代码2 (8) 代码3 (10) 代码4 (12)
┊ ┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊ 第一章概述 QPSK是英文Quadrature Phase Shift Keying的缩略语简称，意为正交相移键控，是一种数字调制方式。它以其抗干扰性能强、误码性能好、频谱利用率高等优点，广泛应用于数字微波通信系统、数字卫星通信系统、宽带接人、移动通信及有线电视系统之中。 BPSK是英文Binary Phase Shift Keying的缩略语简称，意为二相相移键控，是利用偏离相位的复数波浪组合来表现信息键控移相方式的一种。它使用了基准的正弦波和相位反转的波浪，使一方为0，另一方为1，从而可以同时传送接受2值(1比特)的信息。 本文所研究的QPSK系统与二进制的BPSK系统相比，具有以下特点: 1.在传码率相同的情况下，四进制数字调制系统的信息速率是二进制系统的2倍。 2.在相同信息速率条件下，四进制数字调制系统的传码率是二进制系统的1/4倍，这一特 点使得四进制码元宽度是二进制码元宽度的2倍，码元宽度的加大，可增加每个码元的 能量，也可减小码间串扰的影响。 3.由于四进制码元速率比二进制的降低，所需信道带宽减小。 4.在接收系统输入信噪比相同的条件下，四进制数字调制系统的误码率要高于二进制系 统。 5.四进制数字调制系统较二进制系统复杂，常在信息速率要求较高的场合。 基于以上优点，在数字信号的调制方式中QPSK（Quadrature Phase Shift Keying）四相移键控是目前最常用的一种卫星数字信号调制方式,它具有较高的频谱利用率、较强的抗干扰性，在电路上实现也较为简单，因而被WCDMA和CDMA2000等第三代移动通信系统采用。 第二章QPSK通信系统原理与仿真 2.1 QPSK系统框图介绍 在图2.1的系统中，发送方，QPSK数据源采用随机生成，信源编码采用差分编码，编码后的信号经QPSK调制器，经由发送滤波器进入传输信道。 接收方，信号首先经过相位旋转，再经匹配滤波器解调，经阈值比较得到未解码的接收信号，差分译码后得到接收信号，与信源发送信号相比较，由此得到系统误码率，同时计算系统误码率的理论值，将系统值与理论值进行比较。 对于信道，这里选取的是加性高斯白噪声（Additive White Gaussian Noise）以及多径Rayleigh
淮海工学院课程设计报告书 课程名称：通信系统的计算机仿真设计 题目：QPSK通信系统性能分析 与MATLAB仿真 学院：电子工程学院 学期：2013-2014-2 专业班级： 姓名： 学号： 评语： 成绩： 签名： 日期：
QPSK通信系统性能分析与MATLAB仿真 1 绪论 1.1 研究背景与研究意义 数字信号传输系统分为基带传输系统和频带传输系统,频带传输系统也叫数字调制系统,该系统对基带信号进行调制,使其频谱搬移到适合在信道(一般为带通信道)上传输的频带上。数字调制和模拟调制一样都是正弦波调制,即被调制信号都为高频正弦波。数字调制信号又称为键控信号,数字调制过程中处理的是数字信号,而载波有振幅、频率和相位3个变量,且二进制的信号只有高低电平两个逻辑量即1和0,所以调制的过程可用键控的方法由基带信号对载频信号的振幅、频率及相位进行调制,最基本的方法有3种:正交幅度调制(QAM) 、频移键控( FSK) 、相移键控( PSK) 。根据所处理的基带信号的进制不同分为二进制和多进制调制(M进制) 。 本实验采用QPSK。QPSK是英文Quadrature Phase Shift Keying的缩略语简称，意为正交相移键控，是一种数字调制方式。在19世纪80年代初期人们选用恒定包络数字调制。这类数字调制技术的优点是已调信号具有相对窄的功率谱和对放大设备没有线性要求不足之处是其频谱利用率低于线性调制技术。19世纪80年代中期以后四相绝对移相键控(QPSK)技术以其抗干扰性能强、误码性能好、频谱利用率高等优点广泛应用于数字微波通信系统、数字卫星通信系统、宽带接入、移动通信及有线电视系统之中。 1.2 课程设计的目的和任务 目的在于使学生在课程设计过程中能够理论联系实际，在实践中充分利用所学理论知识分析和研究设计过程中出现的各类技术问题，巩固和扩大所学知识面，为以后走向工作岗位进行设计打下一定的基础。 课程设计的任务是： (1)掌握一般通信系统设计的过程，步骤，要求，工作内容及设计方法，掌握用计算机仿真通信系统的方法。 (2)训练学生网络设计能力。 (3)训练学生综合运用专业知识的能力，提高学生进行通信工程设计的能力。1.3 可行性分析 QPSK是英文Quadrature Phase Shift Keying的缩略语简称，意为正交相移键控，是一种数字调制方式。在19世纪80年代初期,人们选用恒定包络数字调制。这类数字调制技术的优点是已调信号具有相对窄的功率谱和对放大设备没有线性要求,不足之处是其频谱利用率低于线性调制技术。19世纪80年代中期以后,
通信系统仿真设计实训报告1.课题名称：基于 MATLAB 的QPSK系统仿真设计与实现 学生学号： 学生： 所在班级： 任课教师： 2016年 10月25日
目录 1.1QPSK系统的应用背景简介 (3) 1.2 QPSK实验仿真的意义 (3) 1.3 实验平台和实验容 (3) 1.3.1实验平台 (3) 1.3.2实验容 (3) 二、系统实现框图和分析 (4) 2.1、QPSK调制部分， (4) 2.2、QPSK解调部分 (5) 三、实验结果及分析 (6) 3.1、理想信道下的仿真 (6) 3.2、高斯信道下的仿真 (7) 3.3、先通过瑞利衰落信道再通过高斯信道的仿真 (8) 总结： (10) 参考文献： (11) 附录 (12)
1.1QPSK系统的应用背景简介 QPSK是英文Quadrature Phase Shift Keying的缩略语简称，意为正交相移键控，是一种数字调制方式。在19世纪80年代初期,人们选用恒定包络数字调制。这类数字调制技术的优点是已调信号具有相对窄的功率谱和对放大设备没有线性要求,不足之处是其频谱利用率低于线性调制技术。19世纪80年代中期以后,四相绝对移相键控(QPSK)技术以其抗干扰性能强、误码性能好、频谱利用率高等优点,广泛应用于数字微波通信系统、数字卫星通信系统、宽带接入、移动通信及有线电视系统之中。 1.2 QPSK实验仿真的意义 通过完成设计容，复习QPSK调制解调的基本原理，同时也要复习通信系统的主要组成部分，了解调制解调方式中最基础的方法。了解QPSK的实现方法及数学原理。并对“通信”这个概念有个整体的理解，学习数字调制中误码率测试的标准及计算方法。同时还要复习随机信号中时域用自相关函数，频域用功率谱密度来描述平稳随机过程的特性等基础知识，来理解高斯信道中噪声的表示方法，以便在编程中使用。 理解QPSK调制解调的基本原理，并使用MATLAB编程实现QPSK信号在高斯信道和瑞利衰落信道下传输，以及该方式的误码率测试。复习MATLAB编程的基础知识和编程的常用算法以及使用MATLAB仿真系统的注意事项，并锻炼自己的编程能力，通过编程完成QPSK调制解调系统的仿真，以及误码率测试，并得出响应波形。在完成要求任务的条件下，尝试优化程序。 通过本次实验，除了和队友培养了默契学到了知识之外，还可以将次实验作为一种推广，让更多的学生来深入一层的了解QPSK以至其他调制方式的原理和实现方法。可以方便学生进行测试和对比。足不出户便可以做实验。 1.3 实验平台和实验容 1.3.1实验平台 本实验是基于Matlab的软件仿真，只需PC机上安装MATLAB 6.0或者以上版本即可。 （本实验附带基于Matlab Simulink （模块化）仿真，如需使用必须安装simulink 模块） 1.3.2实验容 1.构建一个理想信道基本QPSK仿真系统,要求仿真结果有 a.基带输入波形及其功率谱 b.QPSK信号及其功率谱
2010年本科毕业设计：基于MATLAB的OFDM系统仿真及分 析 MATLABOFDM 正交频分复用(OFDM) 是第四代移动通信的核心技术。该文首先简要介绍了OFDM的发展状况及基本原理, 文章对OFDM 系统调制与解调技术进行了解析，得 到了OFDM 符号的一般表达式，给出了OFDM 系统参数设计公式和加窗技术的原理 及基于IFFT/FFT 实现的OFDM 系统模型，阐述了运用IDFT 和DFT 实现OFDM 系统的根源所在,重点研究了理想同步情况下,保护时隙(CP)、加循环前缀前后和不同的信道内插方法在高斯信道和多径瑞利衰落信道下对OFDM系统性能的影响。在给出OFDM系统模型的基础上,用MATLAB语言实现了传输系统中的计算机仿真并给出 参考设计程序。最后给出在不同的信道条件下,研究保护时隙、循环前缀、信道 采用LS估计方法对OFDM系统误码率影响的比较曲线,得出了较理想的结论。 : 正交频分复用;仿真;循环前缀;信道估计 I Title: MATLAB Simulation and Performance Analysis of OFDM System ABSTRACT OFDM 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 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 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 given. Finally, the BER curves of CP and channel estimation are given and compared. The conclusion is satisfactory. KEYWORDS:OFDM; Simulation; CP; Channel estimation II
论文题目: 基于MATLAB的OFDM系统仿真 学院： 专业年级： 学号： 姓名： 指导教师、职称： 2010 年 12 月 10 日
基于Matlab的OFDM系统仿真 摘要：正交频分复用（OFDM）是一种多载波宽带数字调制技术。相比一般的数字通信系统，它具有频带利用率高和抗多径干扰能力强等优点，因而适合于高速率的无线通信系统。正交频分复用OFDM是第四代移动通信的核心技术。论文首先简要介绍了OFDM 基本原理。在给出OFDM系统模型的基础上，用MATLAB语言实现了整个系统的计算机仿真并给出参考设计程序。最后给出在不同的信道条件下，对OFDM系统误码率影响的比较曲线，得出了较理想的结论，通过详细分析了了技术的实现原理，用软件对传输的性能进行了仿真模拟并对结果进行了分析。 介绍了OFDM技术的研究意义和背景及发展趋势,还有其主要技术和对其的仿真?具体如下:首先介绍了OFDM的历史背景?发展现状及趋势?研究意义和研究目的及研究方法和OFDM的基本原理?基本模型?OFDM的基本传输技术及其应用,然后介绍了本课题所用的仿真工具软件MATLAB,并对其将仿真的OFDM各个模块包括信道编码?交织?调制方式?快速傅立叶变换及无线信道进行介绍,最后是对于OFDM的流程框图进行分析和在不影响研究其传输性的前提下进行简化,并且对其仿真出来的数据图形进行分析理解? 关键词：OFDM；MATLAB；仿真 一、OFDM的意义及背景 现代通信的发展是爆炸式的。从电报、电话到今天的移动电话、互联网，人们从中享受了前所未有的便利和高效率。从有线到无线是一个飞跃，从完成单一的话音业务到完成视频、音频、图像和数据相结合的综合业务功能更是一个大的飞跃。在今天，人们获得了各种各样的通信服务，例如，固定电话、室外的移动电话的语音通话服务，有线网络的上百兆bit的信息交互。但是通信服务的内容和质量还远不能令人满意，现有几十Kbps传输能力的无线通信系统在承载多媒体应用和大量的数据通信方面力不从心:现有的通信标准未能全球统一，使得存在着跨区的通信障碍;另一方面，从资源角度看，现在使用的通信系统的频谱利用率较低，急需高效的新一代通信系统的进入应用。 目前，3G的通信系统己经进入商用，但是其传输速率最大只有2Mbps，仍然有多个标准，在与互联网融合方面也考虑不多。这些决定了3G通信系统只是一个对现有移动通信系统速度和能力的提高，而不是一个全球统一的无线宽带多媒体通信系统。因此，在全世界范围内，人们对宽带通信正在进行着更广泛深入的研究。 正交频分复用（OFDM, Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 是一种特殊的多载波方案，它可以被看作一种调制技术，也可以被当作是一种复用技术。选择OFDM的一个主要原因在于该系统能够很好地对抗频率选择性衰落或窄带干扰。正交频分复用（OFDM）最早起源于20世纪50年代中期，在60年代就已经形成恶劣使用并行数据传输和频分复用的概念。1970年1月首次公开发表了有关OFDM的专利。 在传统的并行数据传输系统中，整个信号频段被划分为N个相互不重叠的频率子信道。每个子信道传输独立的调制符号，然后再将N个子信道进行频率复用。这种避免信道频谱重叠看起来有利于消除信道间的干扰，但是这样又不能有效利用宝贵频谱资源。为了解决这种低效利用频谱资源的问题，在20世纪60年代提出一种思想，即使用子信道频谱相互覆盖的频域距离也是如此，从而可以避免使用高速均衡，并且可以对抗窄带脉冲噪声和多径衰落，而且还可以充分利用可用的频谱资源。 常规的非重叠多载波技术和重叠多载波技术之间的差别在于，利用重叠多载波调制技术可以几乎节省50%的带宽。为了实现这种相互重叠的多载波技术，必须要考虑如何减少各个子信道之间的干扰，也就是要求各个调制子载波之间保持正交性。 1971年，Weinstein和Ebert把离散傅立叶变换（DFT）应用到并行传输系统中，作为调制和解调过程的一部分。这样就不再利用带通滤波器，同时经过处理就可以实现FDM。而且，这样在完成FDM的过程中，不再要求使用子载波振荡器组以及相关解调器，可以完全依靠执行快速傅立叶变换（FFT）的硬件来实施。
一、实习目的 1、熟悉通信相关方面的知识、学习并掌握OFDM技术的原理 2、熟悉MATLAB语言 3、设计并实现OFDM通信系统的建模与仿真 二、实习要求 仿真实现OFDM调制解调，在发射端，经串/并变换和IFFT变换，加上保护间隔（又称“循环前缀”），形成数字信号，通过信道到达接收端，结束端实现反变换，进行误码分析 三、实习内容 1.实习题目 《正交频分复用OFDM系统建模与仿真》 2.原理介绍 OFDM的基本原理就是把高速的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。由于每个子信道中的符号周期会相对增加，因此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。并且还可以在OFDM符号之间插入保护间隔，令保护间隔大于无线信道的最大时延扩展，这样就可以最大限度地消除由于多径而带来的符号间干扰(ISI)。而且，一般都采用循环前缀作为保护间隔，从而可以避免由多径带来的子载波间干扰((ICI) 。 3.原理框图 交织编码数字 调制 插入 导频 串并 变换 解码解交 织 数字 解调 信道 校正 并串 变换 IFFT FFT 并/串 串/并 插入循 环前缀 和加窗 去除循 环前缀 RF TX DAC RF RX ADC 定时 和频 率同 步图1-1 OFDM 原理框图
4. 功能说明 4.1确定参数 需要确定的参数为：子信道，子载波数，FFT 长度，每次使用的OFDM 符号数，调制度水平，符号速率，比特率，保护间隔长度，信噪比，插入导频数，基本的仿真可以不插入导频，可以为0。 4.2产生数据 使用个随机数产生器产生二进制数据，每次产生的数据个数为carrier_count * symbols_per_carrier * bits_per_symbol 。 4.3编码交织 交织编码可以有效地抗突发干扰。 4.4子载波调制 OFDM 采用BPSK 、QPSK 、16QAM 、64QAM4种调制方式。按照星座图，将每个子信道上的数据，映射到星座图点的复数表示，转换为同相Ich 和正交分量Qch 。 其实这是一种查表的方法，以16QAM 星座为例，bits_per_symbol=4，则每个OFDM 符号的每个子信道上有4个二进制数{d1,d2,d3,d4},共有16种取值，对应星座图上16个点，每个点的实部记为Qch 。为了所有的映射点有相同高的平均功率，输出要进行归一化，所以对应BPSK,PQSK,16QAM,64QAM ，分别乘以归一化系数系数1，21, 101, 421.输出的复数序列即为映射后的调制结果。 4.5串并转换。 将一路高速数据转换成多路低速数据 4.6 IFFT 。 对上一步得到的相同分量和正交分量按照（Ich+Qch*i ）进行IFFT 运算。并将得到的复数的实部作为新的Ich ，虚部作为新的Qch 。 在实际运用中， 信号的产生和解调都是采用数字信号处理的方法来实现的， 此时要对信号进行抽样， 形成离散时间信号。 由于OFDM 信号的带宽为B=N ·Δf ， 信号必须以Δt=1/B=1/(N ·Δf)的时间间隔进行采样。 采样后的信号用sn,i 表示， i = 0, 1, …, N-1，则有 ∑-== 1 /2j ,,e 1N k N ik k n i n S N s π 从该式可以看出，它是一个严格的离散反傅立叶变换（IDFT ）的表达式。IDFT 可以采用快速反傅立叶变换(IFFT)来实现 4.7加入保护间隔。 由IFFT 运算后的每个符号的同相分量和正交分量分别转换为串行数据，并将符号尾部G 长度的数据加到头部，构成循环前缀。如果加入空的间隔，在多径传播的影响下，会造成载波间干扰ICI 。保护见个的长度G 应该大于多径时的扩张的最大值。
摘要 正交频分复用(OFDM) 是第四代移动通信的核心技术。该文首先简要介绍了OFDM的发展状况及基本原理, 文章对OFDM 系统调制与解调技术进行了解析，得到了OFDM 符号的一般表达式，给出了OFDM 系统参数设计公式和加窗技术的原理及基于IFFT/FFT 实现的OFDM 系统模型，阐述了运用IDFT 和DFT 实现OFDM 系统的根源所在,重点研究了理想同步情况下,保护时隙(CP)、加循环前缀前后和不同的信道内插方法在高斯信道和多径瑞利衰落信道下对OFDM系统性能的影响。在给出OFDM系统模型的基础上,用MATLAB语言实现了传输系统中的计算机仿真并给出参考设计程序。最后给出在不同的信道条件下,研究保护时隙、循环前缀、信道采用LS估计方法对OFDM系统误码率影响的比较曲线,得出了较理想的结论。 关键词: 正交频分复用;仿真;循环前缀;信道估计
Title: MATLAB Simulation and Performance Analysis of OFDM System ABSTRACT OFDM 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 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 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 given. Finally, the BER curves of CP and channel estimation are given and compared. The conclusion is satisfactory. KEYWORDS:OFDM; Simulation; CP; Channel estimation
基于MATLAB的QPSK仿真设计与实现 一.前言 1.1QPSK系统的应用背景简介 QPSK是英文Quadrature Phase Shift Keying的缩略语简称，意为正交相移键控，是一种数字调制方式。在19世纪80年代初期,人们选用恒定包络数字调制。这类数字调制技术的优点是已调信号具有相对窄的功率谱和对放大设备没有线性要求,不足之处是其频谱利用率低于线性调制技术。19世纪80年代中期以后,四相绝对移相键控(QPSK)技术以其抗干扰性能强、误码性能好、频谱利用率高等优点,广泛应用于数字微波通信系统、数字卫星通信系统、宽带接入、移动通信及有线电视系统之中。 1.2 QPSK实验仿真的意义 通过完成设计内容，复习QPSK调制解调的基本原理，同时也要复习通信系统的主要组成部分，了解调制解调方式中最基础的方法。了解QPSK的实现方法及数学原理。并对“通信”这个概念有个整体的理解，学习数字调制中误码率测试的标准及计算方法。同时还要复习随机信号中时域用自相关函数，频域用功率谱密度来描述平稳随机过程的特性等基础知识，来理解高斯信道中噪声的表示方法，以便在编程中使用。 理解QPSK调制解调的基本原理，并使用MATLAB编程实现QPSK信号在高斯信道和瑞利衰落信道下传输，以及该方式的误码率测试。复习MATLAB编程的基础知识和编程的常用算法以及使用MATLAB仿真系统的注意事项，并锻炼自己的编程能力，通过编程完成QPSK调制解调系统的仿真，以及误码率测试，并得出响应波形。在完成要求任务的条件下，尝试优化程序。 通过本次实验，除了和队友培养了默契学到了知识之外，还可以将次实验作为一种推广，让更多的学生来深入一层的了解QPSK以至其他调制方式的原理和实现方法。可以方便学生进行测试和对比。足不出户便可以做实验。 1.3 实验平台和实验内容 1.3.1实验平台 本实验是基于Matlab的软件仿真，只需PC机上安装MATLAB 6.0或者以上版本即可。 （本实验附带基于Matlab Simulink （模块化）仿真，如需使用必须安装simulink 模块） 1.3.2实验内容 1.构建一个理想信道基本QPSK仿真系统,要求仿真结果有 a.基带输入波形及其功率谱 b.QPSK信号及其功率谱 c.QPSK信号星座图 2.构建一个在AWGN（高斯白噪声）信道条件下的QPSK仿真系统，要求仿真结果有