燕山大学本科生毕业设计（论文)
Abstract
This paper introduces the basic principles of OFDM and its application software and then analysis OFDM technology using the MATLAB simulation.
First of all, it introduced the basic principles of OFDM briefly, citing the development of the area and the status, trends. And it will do help for the foundation platform in future.
Secondly, we build the system of the OFDM system platform to write the system flow chart. Reading relevant books and literature, it's the way to write, debug and modify the simulation program. By simulating software of OFDM system in the QPSK modulation,we can drew the waveform which is not to insert the guard interval.
Finally, we analyze MATLAB simulation diagram of the simulation results to get the impact of the error rate by learning the way of QPSK modulation and demodulation principles.
Keywords OFDM; MATLAB; Simulation; BER
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目 录
摘要 ....................................................................................................................... I Abstract ................................................................................................................ II 第1章 绪论 ...................................................................................................... 1
1.1 课题背景 .............................................................................................. 1 1.2 OFDM系统的概述 ............................................................................. 1 1.2.1 OFDM历史 ................................................................................. 1 1.2.2 OFDM现状 ................................................................................. 2 1.2.3 OFDM技术的应用 ..................................................................... 3 1.2.4 OFDM技术的优势和不足 ......................................................... 6 1.3 本论文的主要任务 .............................................................................. 8 第2章 OFDM基本原理 ................................................................................. 9
2.1 多载波调制理论简介 .......................................................................... 9
2.2 OFDM系统的基本模型 .................................................................... 11 2.3 OFDM系统调制解调的FFT实现 .................................................. 12 2.4 OFDM系统正交性原理 ................................................................... 13 2.5 保护间隔和循环前缀 ........................................................................ 15 2.5.1 保护间隔插入的原理 ................................................................ 15 2.5.2 插入保护间隔后的OFDM系统分析 ...................................... 15 2.6 傅立叶变换的过采样 ........................................................................ 18 2.7 OFDM 信号的频谱特性................................................................... 19 2.8 OFDM系统的关键技术 ................................................................... 20 2.9 本章小结 ............................................................................................ 22 第3章 OFDM系统的仿真与分析 ............................................................... 23
3.1 OFDMD的系统仿真 ........................................................................ 23 3.1.1 MATLAB的简介 ...................................................................... 23 3.1.2 OFDM模型的参数选择 ........................................................... 25 3.1.3 MATLAB仿真步骤 .................................................................. 26
3.1.4 结果分析 .................................................................................... 26
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3.2 本章小结 ............................................................................................ 27 结论 ..................................................................................................................... 29 参考文献 ............................................................................................................. 30 致谢 ..................................................................................................................... 32 附录1 .................................................................................................................. 33 附录2 .................................................................................................................. 38 附录3 .................................................................................................................. 42 附录4 .................................................................................................................. 46
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第1章 绪论
1.1 课题背景
在当今的人类社会，信息和通信两个词汇越来越多的出现在人们的生活当中。信息是一种希望传送、交换、存储的，具有一定意义的抽象内容，而通信则是信息的存储、传递和交换。在20世纪90年代，随着互联网技术的迅猛发展，对多媒体业务需求的增加，为了满足人们对信息需求日益增长而出现的第二代移动通信，数字信号处理技术其最基本的技术特征，它提供了更高的频谱效率和更先进的漫游技术。
进入新的世纪，通信技术有了突飞猛进的发展，伴随着人们对宽带业务和多媒体业务需求的增加，第三代移动通信成为了研究的重点。虽然第三代移动的传输速率相比第二代有了很大的提高但其数据传输速率也仅有2Mbit/s，第四代移动通信是以正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM)为核心技术[7,8]。较之第三代移动通信系统，采用多种新技术的OFDM具有更高的频谱利用率和良好的抗多径干扰能力，它不仅仅可以增加系统容量，更重要的是它能更好的满足多媒体通信要求，将包括语音、数据、影像等大量信息的多媒体业务通过宽频信道高品质的传送出去。
1.2 OFDM系统的概述
1.2.1 OFDM历史
正交频分复用(OFDM)是一种特殊的多载波传输方案，它可以被看作一种调制技术，也可以被当作一种复用技术。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年代就已经形成了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[12,15]。
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
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是这样又不能有效利用宝贵的频谱资源。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并行数据传输信号，其中每个子信道内承载的信号传输速率为b，而且要求各个子信道在频域距离也是b，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。
1971年，Weinstein和Ebert把离散傅里叶变换(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，而是经过基带处理就可以实现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干解调器，可以完全依靠执行快速傅里叶变换(FFT)的硬件来实施[2]。
早在20世纪60年代，OFDM技术就已经被应用到多种高频军事系统中，其中包括KINEPLEX、ANDEFT以及KNTHRYN等。以KNTHR?YN为例，其中可变速率的数据调制解调器可以最多使用34个并行低速调相子信道，每个子信道之间的间隔为82Hz。但是直到20世纪80年代中期，随着欧洲在数字音频广播(DAB)方案中采用OFDM，该方法才开始受到关注并且得到广泛的应用[3]。
1.2.2 OFDM现状
自从20世纪80年代以来，OFDM已经在数字音频广播(DAB)、数字视频广播(DVB)、基于IEEE802.11标准的无线本地局域网(WLAN)以及有线电话网上基于现有铜双绞线的非对称高比特率数字用户线技术(例如ADSL)中得到了应用。其中大都利用了OFDM可以有效地消除信号多径传播所造成的符号间干扰(151)这一特征。
DAB是在AM和FM等模拟广播基础上发展起来的，其中可以提供与CD相媲美的音质，以及其他的新型数据业务。1995年，由欧洲电信标准协会(ETSI)制定了DAB标准，这是第一个使用OFDM的标准。接着在1997年，基于OFDM的DVB标准也开始投入使用。在ADSL应用中，OFDM被典型地当作离散多音调制(DMT modulation)，成功地用于有线环境中，可以在1MHz带宽内提供高达8Mbit/s的数据传输速率。1998年7月，经过多次的修改之后，IEEE802.11标准组决定选择OFDM作为WLAN(工作于
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