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移动通信系统OFDM系统仿真与实现基于MATLAB

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基于Matlab平台的OFDM系统仿真分析

基于Matlab平台的OFDM系统仿真分析
基于Matlab平台的OFDM系统仿真 分析
目录
01 引言
03 系统仿真分析
02 预备知识 04 优化与改进
引言
正交频分复用（OFDM）技术是一种广泛应用于无线通信领域中的多载波调制 技术。它凭借高谱效率、抗多径干扰能力强和频谱利用率高等优点，在4G、5G等 通信系统中扮演着关键角色。本次演示将基于Matlab平台，对OFDM系统进行仿真 分析，探究其应用优势、存在问题以及未来发展方向。
（1）抗多径干扰能力强：由于OFDM技术将高速数据流分散到多个子载波上 传输，即使某些子载波受到干扰，也不会对整个系统造成太大影响。
（2）频谱利用率高：OFDM技术通过相邻子载波之间的正交性，允许不同用 户在同一频段上同时传输数据，从而提高了频谱利用率。
（3）适用于多用户通信：OFDM技术可以与多用户接入技术相结合，实现多 个用户在同一频段上同时传输数据，提高系统整体性能。
2、OFDM系统存在的问题和不足
尽管OFDM系统具有诸多优点，但在实际应用中仍存在一些问题和不足：
（1）对信道模型的准确性要求较高：如果信道模型不准确，将导致系统性 能下降，甚至出现通信中断。
（2）易受频率偏移影响：OFDM系统对频率偏移较为敏感，即使微小的频率 偏移也会导致子载波之间的正交性破坏，从而导致系统性能下降。
（3）实现复杂度较高：OFDM系统涉及到的计算量和复杂性较其他通信系统 要高，尤其是在处理高速数据流时，需要更高的计算能力和更高效的算法。
优化与改进
针对上述问题和不足，本次演示提出以下优化和改进方案：
1、信道模型估计与跟踪
在OFDM系统中，信道模型估计与跟踪是一个重要环节。通过采用准确的信道 模型，可以有效提高系统抗多径干扰能力和频谱利用率。在实际应用中，可以采 用基于导频的训练序列法、基于循环前缀的训练序列法等信道估计方法，并通过 对训练序列进行优化设计，提高信道估计准确性。

基于matlab的ofdm通信系统设计与仿真开题报告

基于matlab的ofdm通信系统设计与仿真开题报告

基于matlab的ofdm通信系统设计与仿真开题报告一、选题背景随着通信技术的不断发展，OFDM技术成为了通信系统中广泛应用的一种调制技术。

OFDM技术相对于传统的调频调幅技术具有许多优势，例如对多径衰落的敏感性更低、扩频抗干扰性能更好等等。

因此，在实际应用场景中，OFDM技术得到了越来越广泛的应用。

因此，基于matlab的OFDM通信系统设计与仿真的研究也变得越来越受到人们的关注。

二、研究内容本文拟研究基于matlab的OFDM通信系统设计与仿真技术，研究内容包括以下几个方面：1. OFDM基础本文将首先介绍OFDM技术的基础知识，例如OFDM信号的生成、调制与解调原理等等。

同时，还会介绍OFDM技术的优缺点、应用领域等相关内容，以便更好地理解OFDM 技术在通信系统中的应用。

2. OFDM通信系统设计在了解了OFDM技术的基础知识之后，本文将研究如何基于matlab实现OFDM通信系统的设计。

具体而言，将会介绍OFDM通信系统中不同模块的实现，例如QPSK调制器、加扰器、插零器、IFFT模块、CP插入模块等等。

3. OFDM通信系统仿真通过matlab的仿真工具，可以对OFDM通信系统进行全面的仿真，并得到各种参数的数据。

本文将详细介绍如何进行OFDM通信系统的仿真设计，以及如何评估OFDM通信系统的性能。

三、研究意义随着通信技术的不断发展，OFDM技术正在逐渐成为通信系统中的主流技术之一。

因此，基于matlab的OFDM通信系统设计与仿真技术的研究对于通信系统的研发和应用具有十分重要的意义。

通过本文的研究，可以更好地了解OFDM技术的应用原理、技术优势和性能表现，同时也可以更加深入地理解无线通信系统这一领域。

四、研究方法与流程本文的研究方法主要包括文献调研、matlab仿真、性能评估等方面。

具体研究流程如下：1. 文献调研：在开始研究之前，需要进行大量的文献调研，了解OFDM技术的基础知识、历史发展、应用场景等等。

基于MATLAB的MIMO-OFDM通信系统的仿真

基于MATLAB的MIMO-OFDM通信系统的仿真

基于MATLAB的MIMO-OFDM通信系统的仿真0 引言5G技术的逐步普及，使得我们对海量数据的存储交换，以及数据传输速率、质量提出了更高的要求。

信号的准确传播显得越发重要，随之而来的是对信道模型稳定性、抗噪声性能以及低误码率的要求。

本次研究通过构建结合空间分集和空间复用技术的MIMO信道，引入OFDM 技术搭建MIMO-OFDM 系统，在添加保护间隔的基础上探究其在降低误码率以及稳定性等方面的优异性能。

1 概述正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM）技术通过将信道分成数个互相正交的子信道，再将高速传输的数据信号转换成并行的低速子数据流进行传输。

该技术充分利用信道的宽度从而大幅度提升频谱效率达到节省频谱资源的目的。

作为多载波调制技术之一的OFDM 技术目前已经在4G 中得到了广泛的应用，5G 技术作为新一代的无线通信技术，对其提出了更高的信道分布和抗干扰要求。

多输入多输出（Multi Input Multi Output,MIMO）技术通过在发射端口的发射机和接收端口的接收机处设计不同数量的天线在不增加频谱资源的基础上通过并行传输提升信道容量和传输空间。

常见的单天线发射和接收信号传输系统容量小、效率低且若出现任意码间干扰，整条链路都会被舍弃。

为了改善和提高系统性能，有学者提出了天线分集以及大规模集成天线的想法。

IEEE 806 16 系列是以MIMO-OFDM 为核心，其目前在欧洲的数字音频广播，北美洲的高速无线局域网系统等快速通信中得到了广泛应用。

多媒体和数据是现代通信的主要业务，所以快速化、智能化、准确化是市场向我们提出的高要求。

随着第五代移动通信5G 技术的快速发展，MIM-OFDM 技术已经开始得到更广泛的应用。

本次研究的MIMO-OFDM 系统模型是5G的关键技术，所以对其深入分析和学习，对于当下无线接入技术的发展有着重要的意义。

基于MATLAB的OFDM系统仿真及分析

基于MATLAB的OFDM系统仿真及分析

基于MATLAB的OFDM系统仿真及分析OFDM（正交频分复用）是一种广泛应用于无线通信系统中的多载波调制技术。

在OFDM系统中，信号被分为多个独立的子载波，并且每个子载波之间正交。

这种正交的特性使得OFDM系统具有抗频率选择性衰落和多径干扰的能力。

本文将基于MATLAB对OFDM系统进行仿真及分析。

首先，我们需要确定OFDM系统的参数。

假设我们使用256个子载波，其中包括8个导频符号用于信道估计，每个OFDM符号的时域长度为128个采样点。

接下来，我们需要生成调制信号。

假设我们使用16QAM调制方式，每个子载波可以传输4个比特。

在MATLAB中，我们可以使用randi函数生成随机的比特序列，然后将比特序列映射为16QAM符号。

生成的符号序列可以通过IFFT（Inverse Fast Fourier Transform）将其转换为时域信号。

OFDM系统的发射端包括窗函数、导频符号插入、IFFT和并行到串行转换等模块。

窗函数用于增加OFDM符号之间的过渡带，导频符号用于信道估计和符号同步。

通过将符号序列与导频图案插入到OFDM符号序列中，然后进行IFFT变换，再进行并行到串行转换即可得到OFDM信号的时域波形。

接下来，我们需要模拟OFDM信号在信道中传输和接收。

假设信道是Additive White Gaussian Noise（AWGN）信道。

在接收端，OFDM信号的时域波形通过串行到并行转换，然后进行FFT（Fast Fourier Transform）变换得到频域信号。

通过在频域上对导频符号和OFDM信号进行正交插值，可以进行信道估计和等化。

最后将频域信号进行解调，得到接收后的比特序列。

通过比较发送前和接收后的比特序列，我们可以计算比特误码率（BER）来评估OFDM系统的性能。

比特误码率是接收到错误比特的比特数与总传输比特数之比。

通过改变信噪比（SNR）值，我们可以评估OFDM系统在不同信道条件下的性能。

基于MATLAB实现 OFDM的仿真

基于MATLAB实现 OFDM的仿真
1.2.3
正交频分复用(OFDM)技术就是在频域内将给定信道分成许多正交子信道，在每个子信道上使用一个子载波进行调制，并且各子载波并行传输。尽管总的信道是非平坦的，具有频率选择性，但是每个子信道是相对平坦的，在每个子信道上进行的是窄带传输，信号带宽小于信道的相应带宽，因此大大消除了信号波形间的干扰。而且子信道的载波相互正交，一个OFDM符号包括多个经过PSK调制或QAM调制的子载波的合成信号，每个子载波的频谱相互重叠，从而又提高了频谱利用率。用N表示子载波个数，T表示OFDM符号的持续时间，di( i = 0,1 ,…, N - 1)为分配给每个子信道的数据符号，fi为第i个子载波的载波频率，从t = ts开始的OFDM符号的等效基带信号可表示为(模拟信号表示式) :
当一个OFDM符号在多径无线信道中传输时，频率选择性衰落会导致某几组子载波收到相当大的的衰减，从而引起比特错误。这些在信道频率响应的零点会造成在邻近的子载波上发射的信息受到破坏，导致在每个符号中出现一连串的比特错误。与一大串错误连续出现的情况相比较，大多数前向纠错编码（FEC，Forward Error Correction）在错误分布均与的情况下会工作得更有效。所以，为了提高系统的性能，大多数系统采用数据加扰作为串并变换工作的一部分。这可以通过把每个连续的数据比特随机地分配到各个子载波上来实现。在接收机端，进行一个对应的逆过程解出信号。这样，不仅可以还原出数据比特原来的顺序，同时还可以分散由于信号衰落引起的连串的比特错误使其在时间上近似均匀分布。这种将比特错误位置的随机化可以提高前向纠错编码（FEC）的性能，并且系统的总的性能也得到改善。
图1.3OFDM子载波频谱
这种现象可以参见图1.3，图中给出了相互覆盖的各个子信道内经过矩形波形成型得到的符号的sinc函数频谱。在每个子载波频率最大值处，所有其他子信道的频谱值恰好为零。因为在对OFDM符号进行解调过程中，需要计算这些点上所对应的每个子载波频率的最大值，所以可以从多个相互重叠的子信道中提取每一个子信道的符号，而不会受到其他子信道的干扰。从图1.3可以看出，OFDM符号频谱实际上可以满足奈奎斯特准则，即多个子信道频谱之间不存在相互干扰。因此这种一个子信道频谱出现最大值而其他信道频谱为零点的特点可以避免载波间的干扰（ICI）的出现。

基于MATLAB的OFDM系统性能分析与仿真研究

基于MATLAB的OFDM系统性能分析与仿真研究

基于MATLAB的OFDM系统性能分析与仿真研究OFDM（正交频分复用）是一种常用于无线通信系统中的多载波调制技术。

它将一个高速数据流分成多个子载波进行同时传输，提高了频谱利用率，也减小了频域上的干扰。

本文将基于MATLAB对OFDM系统的性能进行分析与仿真研究。

首先，我们需要搭建OFDM系统的仿真模型。

OFDM系统包括信号生成、子载波调制、信道传输、接收、解调和误码分析几个主要环节。

信号生成阶段，我们可以使用伪随机码（PN码）生成器产生信号序列作为待传输的数据。

然后，将信号序列进行并行-串行转换，将其分组成多个子载波。

子载波调制阶段，我们可以选择常用的调制方式，如BPSK、QPSK等。

在MATLAB中，我们可以利用内置的调制函数进行实现。

信道传输阶段，我们可以引入AWGN（加性高斯白噪声）信道模型，模拟无线信道中的噪声干扰。

通过调整信道衰落因子、信噪比等参数，可以模拟不同的信道环境。

接收阶段，我们需要进行并行信号转换成串行信号，并进行解调操作。

对于解调部分，与调制阶段相反，我们可以使用MATLAB中的解调函数，如bpskdemod、qpskdemod等。

误码分析阶段，我们通过计算误码率（BER）来评估系统性能。

可以通过比较原始信号和接收信号之间的差异，统计错误的比特数量来计算误码率。

在进行OFDM系统的性能分析与仿真时，我们可以分析以下几个方面的内容：1.调制方式对系统性能的影响：通过比较不同调制方式（如BPSK、QPSK、16QAM、64QAM等）下的误码率，评估调制方式对系统的影响。

2.子载波数量的选择：通过改变子载波的数量，比较不同子载波数量下的误码率与频谱效率，找到最佳子载波数量。

3.信道传输对系统性能的影响：通过改变信道衰落因子、信噪比等参数，比较不同信道环境下的误码率，评估信道传输对系统性能的影响。

4.信道估计与均衡：在OFDM系统中，由于信道传输的不确定性，需要进行信道估计与均衡。

基于MATLAB的OFDM通信系统仿真

本科毕业论文基于MATLAB的OFDM通信系统仿真专业：通信工程目录摘要 (III)Abstract (IV)第一章绪论 (1)1.1引言 (1)1.2研究背景和意义 (2)1.2.1 OFDM技术发展现状 (2)1.2.2 OFDM仿真技术的研究现状 (3)1.3OFDM技术的特点 (4)1.4本文的主要内容 (5)第二章 OFDM的基本原理 (6)2.1信号的表达式及其正交性 (6)2.2调制与解调 (9)2.3保护间隔和循环前缀 (10)2.4加窗技术 (12)第三章 OFDM系统的关键技术 (16)3.1同步技术 (16)3.1.1同步技术简介 (16)3.1.2同步技术的分类 (16)3.1.3同步偏移对OFDM系统性能的影响 (17)3.2信道估计技术 (18)3.2.1无线通信信道 (18)3.2.2无线信道信道估计 (19)3.3峰均功率比 (19)3.3.1峰均功率比的定义 (20)3.3.2 降低峰均功率比的方法 (20)3.4信道编码和交织 (21)3.4.1 RS码以及伽罗华域概述 (21)3.4.2 RS编码原理 (23)3.4.3 RS码的主要特点 (25)3.4.4 RS码的纠错原理 (25)3.4.5 交织技术 (25)3.5均衡技术 (25)第四章OFDM系统的仿真及结果分析 (27)4.1OFDM系统的基本原理模型 (27)4.2MATLAB仿真软件的特点 (27)4.2.1通信仿真的一般步骤 (27)4.2.2 MATLAB仿真软件的特点 (28)4.3OFDM系统仿真模型及主要模块参数设置 (28)4.3.1整个OFDM系统仿真模型 (28)4.3.2主要模块参数设置 (28)4.4OFDM通信系统仿真结果分析 (31)4.4.1发射信号与接收信号的基带波形 (31)4.4.2 OFDM信号传输前后的星座图 (33)4.4.3 OFDM系统的发射端与接收端信号的功率谱 (35)4.4.4多普勒频移对OFDM系统性能的影响 (36)4.4.5 RS编码对OFDM系统性能的影响 (37)4.4.6 OFDM系统的误码分析 (38)第五章总结和展望 (40)5.1全文总结 (40)5.2展望 (40)参考文献 (42)附录 (43)致谢 (47)基于MATLAB的OFDM通信系统仿真摘要移动通信技术是现阶段通信技术研究中的重点，得到了越来越多人的关注。

基于matlab ofdm通信系统仿真代码

基于matlab ofdm通信系统仿真代码
基于MATLAB OFDM通信系统仿真代码是一种应用在无线通信领域的高
效的通信技术。

OFDM（正交分频多载波）技术是一种高效的技术，它
能够在有限的信道容量内传输大量的数据，同时也能抵御多径衰减和
多路径效应。

此外，OFDM还可以抵抗非线性干扰和伪噪声，从而提高
系统的可靠性和稳定性。

MATLAB OFDM通信系统仿真代码可以帮助我们快速验证一个OFDM系统的性能，从而帮助我们更好地理解OFDM技术
背后的原理和技术。

MATLAB OFDM通信系统仿真代码由信道模拟、OFDM调制和解调制的子
模块组成，其中每个子模块都可以通过MATLAB编程实现。

首先，我们
需要定义一个简单的信道函数，以模拟实际信道的衰减和多路径效应，然后将信号传输给OFDM调制模块，它将信号转换成OFDM调制的多载
波信号。

接着，多载波信号被发射到信道中，经过信道后，经过OFDM
解调制模块处理，得到恢复后的信号，再经过信道衰减模拟得到最终
信号，完成仿真。

通过使用MATLAB OFDM通信系统仿真代码，我们可以更有效地对OFDM
技术进行仿真评估，同时也可以获得更为准确、直观的仿真结果。

此外，MATLAB OFDM通信系统仿真代码还可以帮助我们了解OFDM技术的
具体实施方法，为实际开发工作提供有效的技术支持。

基于MATLAB的OFDM系统设计与仿真

基于MATLAB的OFDM系统设计与仿真OFDM（正交频分复用）是一种高效的调制技术，广泛应用于无线通信系统中。

本文将基于MATLAB对OFDM系统进行设计与仿真，并介绍其主要步骤和关键技术。

首先，我们需要对OFDM系统进行建模。

OFDM系统由发送端和接收端两部分组成。

发送端主要包括数据源、调制器、IFFT以及保护间隔插入器。

接收端主要包括保护间隔删除器、FFT、解调器以及数据恢复。

在发送端，我们首先生成要传输的数据序列。

然后通过调制器将数据转换为带符号的复数序列。

接着，通过将复数序列进行IFFT，将频域数据转换为时间域信号。

在转换过程中，需要注意对数据进行零填充，以确保IFFT输出的结果长度是原始数据长度的整数倍。

最后，通过保护间隔插入器插入保护间隔，以减小信号之间的干扰。

在接收端，我们首先对接收到的信号进行保护间隔删除。

然后，通过FFT将时域信号转换为频域信号。

接着，通过解调器将复数序列转换为二进制数据。

最后，进行数据恢复，解码得到发送方发送的原始数据。

为了验证OFDM系统的性能，我们需要进行信道建模和误码率性能评估。

在信道建模中，我们可以选择多径信道模型，例如Rayleigh信道。

根据信道模型的不同，我们可以添加多径衰落和噪声等效果，从而模拟实际的信道环境。

在误码率性能评估中，我们可以通过比较接收到的数据与发送的原始数据，计算误码率。

在MATLAB中，我们可以使用信号处理工具箱和通信工具箱来实现这些功能。

信号处理工具箱提供了丰富的功能和算法，例如IFFT和FFT，用于信号处理和频谱分析。

通信工具箱则提供了OFDM系统建模和仿真所需的函数和工具，例如调制器、解调器等。

在进行OFDM系统设计与仿真时，我们可以根据不同的场景和需求进行调整和优化。

例如，可以尝试不同的调制方式、不同的子载波数量和间距，以及不同的保护间隔长度。

此外，还可以改变不同参数下的OFDM系统性能，如带宽利用率、误码率等。

总之，基于MATLAB的OFDM系统设计与仿真是一项重要的研究工作。

基于matlab的OFDM的仿真和研究


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第二部分:OFDM的原理
OFDM技术是一种多载波调制技术，其特点是各副载波相互正 交。设{fm}是一组载波频率，各载波频率的关系为：{fm}=f0+m/T m=0 1 2 „N-1 （1）式中，T是单元码的持续时间，f0是发送频 率。作为载波的单元信号组定义为:式中l的物理意义对应于“帧 ”（即在第l时刻有m路并行码同时发送）。其频谱相互交叠。 OFDM是由一系列在频率上等间隔的副载波构成，每个副载波数字 符号调制，各载波上的信号功率形式都是相同的。在接收端，是 个逆过程，可以解调出相应的载波，这就是OFDM的基本原理。当 传输信道中出现多径传播时，在接收副载波间的正交性将被破坏 ，使得每个副载波上的前后传输符号间以及各副载波之间发生相 互干扰。为解决这个问题，就在每个OFDM传输信号前插入一保护 间隔，它是由OFDM信号进行周期扩展而来。只要多径时延不超过 保护间隔，副载波间的正交性就不会被破坏。
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致谢
本人研究及学位论文是在我的导师余庚老师的亲切关 怀和悉心指导下完成的。他严肃的科学态度，严谨的治学精 神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。在此谨 向余老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。 在此，我还要感谢在一起愉快的度过大学生活的通信 0802的同学，正是由于你们的帮助和支持，我才能克服一个 一个的困难和疑惑，直至本文的顺利完成。从开始进入课题 到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我 无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意!最后我还要感谢 培养我长大含辛茹苦的父母，谢谢你们!
意义： OFDM利用载波间的正交性进一步提高频谱利用率,而 且可以抗窄带干扰和多径衰落。它通过多个正交的子载波将 串行的数据并行传输,可以增大码元的宽度,减少单个码元占用 的频带,抵抗多径引起的频率选择性衰落;可以有效克服码间串 扰( ISI) ,降低系统对均衡技术的要求,适用于多径环境和衰 落信道中的高速数据传输，而且信道利用率很高, 所以它对未 来的通信作用很大，对其研究和仿真能更好的体会OFDM的 各种优秀的性能。
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OFDM系统仿真与实现1、OFDM的应用意义在近几年以内,无线通信技术正在以前所未有的速度向前发展。

由于用户对各种实时多媒体业务需求的增加与互联网技术的迅猛发展,未来的无线通信及技术将会有更高的信息传输速率,为用户提供更大的便利,其网络结构也将发生根本的变化。

随着人们对通信数据化、个人化与移动化的需求,OFDM技术在无线接入领域得到了广泛的应用。

OFDM就是一种特殊的多载波传输方案,它将数字调制、数字信号处理、多载波传输技术结合在一起,就是目前已知的频谱利用率最高的一种通信系统,具有传输速率快、抗多径干扰能力强的优点。

目前,OFDM技术在数字音频广播(DAB)、地面数字视频广播(DVB-T)、无线局域网等领域得到广泛应用。

它将就是4G移动通信的核心技术之一。

OFDM广泛用于各种数字传输与通信中,如移动无线FM信道,高比特率数字用户线系统(HDSL),不对称数字用户线系统(ADSL),甚高比特率数字用户线系统HDSL,数字音频广播(DAB)系统,数字视频广播(DVB)与HDTV地面传播系统。

1999年,IEEE802.11a通过了一个SGHz的无线局域网标准,其中OFDM调制技术被采用为物理层标准,使得传输速率可以达54MbPs。

这样,可提供25MbPs的无线ATM接口与10MbPs的以太网无线帧结构接口,并支持语音、数据、图像业务。

这样的速率完全能满足室内、室外的各种应用场合。

OFDM由于技术的成熟性,被选用为下行标准很快就达成了共识。

而在上行技术的选择上,由于OFDM的高峰均比(PAPR)使得一些设备商认为会增加终端的功放成本与功率消耗,限制终端的使用时间,一些则认为可以通过滤波,削峰等方法限制峰均比。

不过,经过讨论后,最后上行还就是采用了SC-FDMA方式。

拥有我国自主知识产权的3G标准一一TD-SCDMA在LTE演进计划中也提出了TD-CDM-OFDM 的方案B3G/4G就是ITU提出的目标,并希望在2010年予以实现。

B3G/4G的目标就是在高速移动环境下支持高达100Mb/S的下行数据传输速率,在室内与静止环境下支持高达IGb/S的下行数据传输速率。

而OFDM技术也将扮演重要的角色。

2、OFDM的原理研究与分析2、1OFDM的关键技术(1) 时域与频域同步OFDM系统对定时与频率偏移敏感,特别就是实际应用中与FDMA、TDMA与CDMA 等多址方式结合使用时,时域与频率同步显得尤为重要。

(2) 信道估计在OFDM系统中,信道估计器的设计主要有两个问题:一就是导频信息的选择,由于信道常常就是衰落信道,需要不断对信道进行跟踪,因此导频信息也必须不断的发送;二就是复杂度较低与导频跟踪能力良好的信道估计器的设计。

(3) 信道编码与交织为了提高数字通信系统的性能,信道编码与交织就是普遍采用的方法。

对于衰落信道衰落中的随机错误,可以采用信道编码;对于衰落信道中的突发错误,可以采用交织技术。

(4) 降低峰值平均功率比由于OFDM信号在时域上表现为N个正交子载波信号的叠加,当这N个信号恰好均以峰值相加时,OFDM信号也将产生最大峰值,该峰值功率就是平均功率的N 倍。

尽管峰值功率出现的概率较低,但为了不失真地传输这些高PAPR的OFDM信号,从而导致发送效率极低,接收端对前端放大器以及A/D变换器的线性度要求也很高。

因此提出了基于信号畸变技术、信号扰码技术与基于信号空间扩展等降低OFDM系统PAPR的方法。

(5) 自适应技术在OFDM系统中使用自适应技术,还应考虑频率分组、时间间隔、信道总延迟与信道估计误差等因素,其中信道估计误差对性能的影响较大。

2、2 OFDM的优缺点OFDM主要有下列一些优点:(1) OFDM在对抗干扰及衰落的优势:把高速数据流通过串并变换,使得每个子载波上的数据符号持续长度相对增加,可有效对抗信号波形间的干扰ISI,适用于多径信道存在频率选择性,而所有子载波都处于深衰落的概率极小,OFDM系统可通过动态比特分配与动态子信道分配的方法,充分利用信噪比较高的子信道,提高系统性能。

(2) OFDM系统由于子载波之间存在正交性,允许子信道的频谱相互重叠,因此与常规的频分复用相比,OFDM可以最大限度地利用频谱资源。

(3) 各子信道的正交调制与解调可通过离散傅利叶反变换(IDFT)与离散傅利叶变换(DFT)实现。

对N很大(N>32)的系统,可以通过快速傅立叶变换(FFT)来实现。

基于FFT的系统在计算方面更有效,并且随着大规模集成电路技术与DSP 的发展,IFFT与EFT都非常容易实现。

(4) OFDM的开放灵活性:无论从无线数据业务的使用需求,还就是从移动通信系统自身要求,都希望物理层支持非对称高速数据传输,而OFDM系统可以很容易使用不同数量的子载波来实现上下链路中不同的传输速率。

OFDM技术的不足:由于OFDM系统内存在多个正交子载波,而且其输出信号就是多个子信道的叠加,因此对子信道的正交性有严格要求。

而由于无线信道的时变性,还有发射机载波与本地振荡器的频率偏差,所以OFDM易受频率偏差的影响。

如果多个子信号的相位一致时,所得到的叠加信号的瞬时功率会远大于信号的功率,出现较大的峰值与均值功率比(PAR),这个比值的增大会降低射频放大器的功率效率,使系统性能恶化。

本文主要研究了OFDM调制解调系统,对噪声信道抗干扰能力的研究以及在实际中的基本应用。

利用Matlab进行仿真与性能分析。

2、3 原理及数学描述2.3.1 OFDM的载波调制正交频分复用OFDM(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplex)就是一种多载波调制方式,通过减小与消除码间串扰的影响来克服信道的频率选择性衰落。

它的基本原理就是将信号分割为N个子信号,然后用N个子信号分别调制N个相互正交的子载波。

由于子载波的频谱相互重叠,因而可以得到较高的频谱效率。

下图就是OFDM基带信号处理原理图。

其中,(a)就是发射机工作原理,(b)就是接收机工作原理。

图2、1 OFDM基带信号处理原理图2.3.2 OFDM的调制解调原理OFDM通过把需要发射的数据流分解为若干个并行的数据子流,这样每个数据子流在速率上就会降低很多,然后再进行相关调制,将它们调制到一组总数为N,频率之间的间隔相等,且又两两正交的子载波上。

OFDM的调制可以用离散傅里叶反变化(IDFT)来实现,相应的有在解调端可以用离散傅里叶变换(DFT)来实现。

而这两种傅里叶变换都有相应的快速算法,在系统的效率与相应时间上会有所提高。

系统的实际应用中一般采用IFFT与FFT 技术。

2.3.3串并转换数据传输的典型形式就是串行数据流,符号被连续传输,每一个数据符号的频谱可占据整个可利用的带宽。

但在并行守护据传输系统中,许多符号被同时传输,减少了那些在串行系统中出现的问题。

在OFDM系统中,每个传输符号速率的大小大约在几十bps到几十Kbps之间,所以必须进行串并变换,将输入串行比特流转换为可以传输的OFDM符号。

由于调制模式可以自适应调节,所以每个子载波的调制模式就是可变化的,因而每个子载波可传输的比特数也就是可以变化的,所以串并转换需要分配给每个子载波数据段的长度就是不一样的。

在接收端执行相反的过程,从各个子载波处来的数据被转换回原始的串行数据。

2.3.4保护间隔与循环前缀应用OFDM的一个重要原因在于它可以有效的对抗多径时延扩展。

通过把输入数据流串并变换到N个并行的子信道中,使得每一个调制子载波的数据周期可以扩大为原始数据符号周期的N倍。

为了最大限度的消除符号间干扰,还可以在每个OFDM符号间插入保护间隔(GI),而且该保护间隔长度一般要大于无线信道中的最大时延扩展,这样一个符号的多径分量就不会对下一个符号造成干扰。

在这段保护间隔内,可以不插入任何信号,即就是一段空闲的传输时段。

2.3.5 OFDM的基本参数各种OFDM参数的选择就就是需要在多项要求冲突中进行折中考虑。

通常来讲,如前所述,首先要确定3个参数:带宽、比特率以及保护间隔,按照惯例,保护间隔的时间长度应该为应用移动环境信道的时延均方根值的2~4倍。

一旦确定了保护间隔,则OFDM符号周期长度就可以确定。

为了最大限度的减少由于插入保护间隔所带来的信噪比的损失,希望OFDM符号周期长度要远远大于保护间隔长度。

但就是符号周期长度又不可能任意大,否则OFDM系统中包括更多的子载波数,从而导致子载波间隔相应减少,系统的实现复杂度增加,而且还加大了系统的峰值平均功率比,同时使系统对频率偏差更加敏感。

因此在实际应用中,一般选择符号周期就是保护间隔长度的5倍,这样由于插入保护比特所造成的信噪比损耗只有1dB左右。

2.3.6调制方式可以通过改变发射的射频信号的幅度、相位与频率来调制信号。

对于OFDM 系统来说,只能采用前两种调制方法,而不能采用频率调制的方法,这就是因为子载波就是频率正交,而且携带独立的信息,调制子载波频率会破坏这些子载波的正交特性,这就是频率调制不能在OFDM系统中采用的原因。

2、3、7 16QAM调制16QAM 就是用两路独立的正交 4ASK 信号叠加而成,4ASK 就是用多电平信号去键控载波而得到的信号。

它就是 2ASK 体制的推广,与 2ASK 相比,这种体制的优点在于信息传输速率高。

16QAM 信号采取正交相干解调的方法解调,解调器首先对收到的 16QAM 信号进行正交相干解调,一路与cos ω c t 相乘,一路与sin ω c t 相乘。

然后经过低通滤波器,低通滤波器 LPF 滤除乘法器产生的高频分量,获得有用信号,低通滤波器LPF 输出经抽样判决可恢复出电平信号。

16 进制的正交振幅调制就是一种振幅相位联合键控信号。

16QAM 的产生有2 种方法:(1)正交调幅法,它就是有 2 路正交的四电平振幅键控信号叠加而成;(2)复合相移法:它就是用 2 路独立的四相位移相键控信号叠加而成。

2.3.8 QPSK调制QPSK就是在2PSK(二相调相)的基础上发展而来的一种多进制相位调制。

QPSK 就是利用载波的四种不同相位来表征传送的数字信息。

在QPSK调制中,首先对输入的二进制数据按二位数字编成一组,以此构成双比特码元。

其组合共有4种,即有4种不同状态。

故可以用M=4种相位或相位差来表示。

这里M=4,故称为四相调相。

同样,若采用八相调制方式,在一个码元时间内可传送3位码,其信息传送速率就是二相调制方式的3倍。

由此可见,采用多相调制的级数愈多,系统的传输速率愈高,但相邻载波之间的相位差愈小,接收时要区分它们的困难程度就愈大,将使误码率增加。

3、基于MATLAB的OFDM系统仿真实验3、1 MATLAB的特点与功能MATLAB就是matrix&laboratory两个词的组合,意为矩阵工厂(矩阵实验室)。