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本科毕业设计：基于MATLAB的OFDM系统仿真及分析

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摘要

正交频分复用(OFDM) 是第四代移动通信的核心技术。该文第一简要介绍了OFDM的进展状况及大体原理, 文章对OFDM 系统调制与解调技术进行了解析，取得了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，论述了运用IDFT 和DFT

实现OFDM 系统的本源所在,重点研究了理想同步情形下,保护时隙(CP)、加循环前缀前后和不同的信道内插方式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运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估量方式对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;信道估量

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 目 次

1 概述 ........................................................................................................................................................... 1

OFDM的进展及其现状 .................................................................................................................. 2

OFDM的优缺点 ................................................................................................................................ 2

2 OFDM的大体原理 ................................................................................................................................. 4

基于IFFT/FFT 的OFDM 系统模型 ........................................................................................ 4

OFDM信号的频谱特性 .................................................................................................................. 7

0FDM 系统调制与解调解析 ..................................................................................................... 8

加窗 ........................................................................................................................................ 10

3 循环前缀及信道估量对系统误码率的改善分析 ..................................................................... 13

循环前缀................................................................................................................................. 13

OFDM系统的峰值平均功率比 ................................................................................................ 17

信道估量................................................................................................................................. 18

3.3.1信道估量概述 .................................................................................................... 18

3.3.2基于导频的信道估量方式 ................................................................................ 19

3.3.3信道的插值方式 ................................................................................................ 20

3.3.4仿真结果及分析 ................................................................................................ 21

结 论 ............................................................................................................................................ 22

致 谢 ............................................................................................................................................ 23

参 考 文 献................................................................................................................................... 24

附 录 ............................................................................................................................................ 26 1 概述

随着移动通信和无线因特网需求的不断增加，愈来愈需要高速无线系统设计，而这其中的一个最直接的挑战就是克服无线信道带来的严峻的频率选择性衰落。正交频分复用（OFDM）技术能够专门好地克服无线信道的频率选择性衰落，由于其简单高效，OFDM已成为实现未来无线高速通信系统中最核心的技术之一。

现代移动通信进展至今，已经经历了三代，而3G 的后续技术也在加速研究中。目前，国际标准化组织正在推动无线传输技术从2Mb/s 的传输速度向100Mb/s 和1000Mb/s 的目标进展，对4G 的概念也已经逐渐清楚起来。大体上能够肯定，OFDM/OFDMA、MIMO和智能天线等技术将成为4G 的主流技术。OFDM 相关的技术很多， 实际应用中的OFDM 复杂度很高。因此， 成立适合自己研究方向的OFDM 模型， 无论是为了理解OFDM 技术的理论，仍是对后续的OFDM 与其他技术相结合的研究工作，都有着超级重要意义。

OFDM是一种特殊的多载波调制技术,它利用载波间的正交性进一步提高频谱利用率,而且能够抗窄带干扰和多径衰落。多载波调制原理最先在20 世纪60

年代中期由Collins kinep lex 提出。70 年代,主要用于美国军用无线高频通信系统;80 年代,OFDM的研究主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 年代以后,OFDM主要用在非对称的数字用户环路(ADSL) 、ETSI 标准的数字音广播(DAB) 、数字视频广播(DVB) 、高清楚度电视(HDTV) 、无线局域网(WLAN)等。OFDM与CDMA技术结合主要有两种形式, 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。

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用MATLAB实现OFDM仿真分析

用MATLAB实现OFDM仿真分析

中原工学院毕业设计论文

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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系统仿真论文

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基于MATLAB的OFDM系统仿真论文

本科生毕业论文（设计）

题目：基于MATLAB的OFDM系统仿真

学 部

学科门类

专 业

学 号

姓 名

指导教师

装

河北大学

2011年5月12日 河北大学2011届本科生毕业论文（设计）

基于MATLAB的OFDM系统仿真

摘 要

OFDM即正交频分复用技术，是由多载波调制发展而来。它既可以被看作一种调制技术,也可以被当作是一种复用技术｡OFDM技术可以大大降低系统的误码率，并且有很强的抗干扰能力及较高的频谱利用率等特点，因此越来越多的人开始关注该技术。

本次毕业设计首先简单介绍了OFDM技术的发展和应用，分析了OFDM系统的优缺点以及发展前景。然后简单描述了OFDM的原理和OFDM系统实现模型及MATLAB软件，并且以此作为系统仿真的理论基础。最后利用MATLAB软件在输入不同信噪比下对OFDM系统进行仿真，并且对其仿真出来的数据图形进行分析理解和总结｡

关键词：正交频分复用；仿真；MATLAB 河北大学2011届本科生毕业论文（设计）

THE OFDM SYSTEMS BASED ON MATLAB SIMULATION

ABSTRACT

OFDM or orthogonal frequency division multiplexing is developed from the

multi-carrier modulation. It can be seen as a modulation technique and can also be

regarded as a kind of multiplexing. OFDM technology can greatly reduce the bit error rate,

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的OFDM系统仿真

基于Matlab的OFDM系统仿真

I

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

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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。