基于MATLAB的OFDM系统仿真

论文题目：基于MATLAB的OFDM系统的实时仿真 专 业：通信工程0901

学 生： 签名： 指导老师： 签名：

摘 要

正交频分复用(OFDM) 是第四代移动通信的核心技术，它能够有效地抵抗多径衰落、抑制噪声和干扰，并且能够大幅度地提高无线通信信道的传输速率和系统容量，有着非常广阔的应用前景。

本文首先简述了OFDM技术的发展和应用，分析了OFDM系统的优缺点。然后研究了OFDM的基本原理和基于IFFT/FFT 实现的OFDM系统模型，分析了通信系统中的各种关键技术，如同步技术，信道估计技术及编码技术等。最后基于OFDM技术的基本原理，在MATLAB中Simulink仿真平台上，构建完整的OFDM仿真系统，并分析了各主要模块的功能作用，完成各模块的参数设置。应用Simulink仿真平台得出了OFDM系统在高斯信道中误码率随信噪比的变化曲线。并仿真分析了加循环前缀对于多径信道中系统性能的改善程度。设计的OFDM系统为进一步仿真研究OFDM系统提供了一个良好的平台。

【关键词】OFDM；仿真；Matlab 【论文类型】设计型

I

Title:The Real-Time Simulation of OFDM System Based on

MATLAB

Major:Communication Engineering

Name: Yan Ting Signature: Supervisor: Li XinMing Signature:

ABSTRACT

OFDM is the key technology of 4G in the field of mobile communication. OFDM technology has been used widely, and it not only can resist the multi-path fading, resist noise and interferences, but also can greatly increase the transmission rate and system capacity of wireless communication channels.

This thesis first introduces the development and application of the OFDM technology, and analyzes the advantages and disadvantages of OFDM system. Then it studies the basic theory of OFDM model and implementation of OFDM system based on IFFT/FFT. The key aspects in OFDM are discussed such as synchronization, channel estimation technology and coding technology and so. Finally, based on the basic principle of OFDM technology, a complete OFDM simulation model in the MATLAB/Simulink platform is given, and the function and parameters of each main module is analyzed. Using this simulation module, bit error performance curve is obtained, and the effect of cyclic prefix on OFDM system is analyzed. The proposed simulation module is a good platform for profoundly researching OFDM systems.

【Key words】OFDM; Simulation; Matlab 【Type of Thesis】Design Type

II

前言

现代社会，最显著的特征就是已经步入了信息时代，而信息的传输、转发、存储即通信起着关键作用。随着现代信息化的进一步发展，通信技术已经逐渐成为了人类社会的重要组成部分，人们的生活水平伴随着它的不断发展而不断提高。

因特网的兴起，让我们可以在任何时候同任何一个国家的任何一个人进行联系，实现天涯若比邻的状态。通过互联网，我们可以极其方便的和更多的人进行信息交换，但是对于使用手提电脑和流动的人们来说，不可能实现在任何时候同任何地方的任何人进行信息交换，达到真正的个人通信。为了实现通信不受地点的要求，我们开发了移动通信技术。移动通信是通信领域中最广泛和发展最快速的一部分。世界的移动通信已经有了100多年的发展史，而我国的移动通信发展起步较晚，也仅仅只有20多年的历史，但是发展的速度相当快，规模也非常大。中国的移动通信发展氛围四个阶段。第一个阶段即第一代移动通信（1G），模拟蜂窝移动通信系统，有AMPS，NMT，TACS三种典型的通信系统。这此阶段内，我们淘汰了模拟网络，逐步转移到数字网。因为模拟网有以下不足之处在竞争中明显处于劣势：信号易受干扰；保密性差；系统容量小；只支持语音业务；手机体积大，价格贵。第二个阶段即第二代移动通信（2G），数字蜂窝移动系统，典型系统包括GSM,，S-95CDMA，JDC和DAMPS。因采用数字网，弥补了模拟网的不足，大大提高了通信系统的性能及通用性。第三个阶段即第2.5代移动通信（2.5G），介于2G和3G之间的衔接性技术，通常2.5G是指两种无线技术：分组无线业务（GPRS）和CDMA2000 1x。第2.5代移动通信技术支持分组技术，为用户提供了更好的Internet接入和WAP业务，实现了更高的数据传输率。第四个阶段即第3代移动通信（3G），是使业务更加多媒体化的通信系统。包括：WCDMA，CAMA2000，TD-CDMA。

现代移动通信发展至今，已经经历了三代，目前，国际标准化组织对4G 的定义也已经渐渐清晰起来。基本可以确定，4G 的主流技术有OFDM/OFDMA、MIMO和智能天线等。其中，正交频分复用技术（OFDM），它能够很好地解决无线信道中的频率选择性衰落，是一种调制技术，也可以被看作是一种复用技术。

III

目 录

1绪论 .......................................................................................................... 1

1.1选题目的及研究意义 .......................................................................................... 1 1.2国内外研究现状 .................................................................................................. 1 1.3论文组织结构 ...................................................................................................... 2

2 OFDM技术的基本原理 ......................................................................... 3

2.1OFDM技术特点 .................................................................................................. 3 2.2基于FFT/IFFT 的OFDM 系统模型 ................................................................. 4 2.3OFDM信号的正交性 .......................................................................................... 6 2.4加窗技术 .............................................................................................................. 8 2.5调制与解调 ........................................................................................................ 11 2.6保护间隔和循环前缀 ........................................................................................ 12 2.6.1符号间干扰ISI与信道间干扰ICI 的概念 .............................................. 12 2.6.2保护间隔...................................................................................................... 13 2.6.3循环前缀...................................................................................................... 14

3 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频域同步误差的影响.................................................................................. 16 3.1.3时域同步误差的影响.................................................................................. 16 3.1.4常用的OFDM同步方式 ............................................................................ 17 3.2信道估计技术 .................................................................................................... 18 3.2.1信道估计技术简介...................................................................................... 18 3.2.2OFDM信道估计算法 .................................................................................. 18 3.2.3基于导频的OFDM 信道估计算法 ........................................................... 19 3.3峰值功率比 ........................................................................................................ 19 3.3.1峰值功率比的定义...................................................................................... 20 3.3.2PAPR的概率分布及分析............................................................................ 21 3.3.3降低PAPR的常用方法.............................................................................. 22

IV