【正文】 題目：基于 MATLAB 的 OFDM 調(diào)制解調(diào)仿真　　　　　2022 年 6 月 13 日　　　　目 錄　　摘要 ...............................................................II　Abstract ............................................................IV第 1 章 正交頻分復(fù)用的來源 ...................................... 1 　　 OFDM 的歷史起源 ......................................... 1 第 2 章 OFDM 系統(tǒng)的基本原理及主要技術(shù) ......................... 2 　 OFDM 的主要技術(shù) ......................................... 2 　 信道分配 ............................................. 2 　 分組信道 ............................................. 2 　　 自適應(yīng)跳頻 ........................................... 2 多天線 ............................................... 3 　 調(diào)制方式 ............................................. 3 　 OFDM 系統(tǒng)的基本原理 ..................................... 4 OFDM 原理簡介 ....................................... 4 　　 OFDM 正交調(diào)制解調(diào)框圖 ............................... 5 使用快速傅立葉變換調(diào)制解調(diào) ........................... 7 　　 循環(huán)前綴 ............................................. 8 　　 OFDM 子載波調(diào)制 .................................... 10 　第 3 章 仿真結(jié)果分析 ............................................ 11 IFFT 后的 OFDM 信號載波幅度 ............................. 11 　　 IFFT 后的 OFDM 信號載波相位 ............................. 12 　 OFDM 信號 .............................................. 13 分離出的 OFDM 子載波波形 ................................ 14 　　 OFDM 時(shí)域波形 .......................................... 15 　 OFDM 信號功率譜密度 .................................... 16 　　 FFT 后的 OFDM 信號載波幅度 .............................. 17 　 FFT 后的 OFDM 信號載波相位 .............................. 18 　　 仿真分析和總結(jié) ........................................... 18 參考文獻(xiàn) ....................................................... 19 致謝 ........................................................... 20 附錄 ........................................................... 21 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　基于 MATLAB 的 OFDM 調(diào)制解調(diào)仿真　摘要　OFDM （Orthogonal Frequency Division Multiplexing）即正交頻分復(fù)用，是一種特殊的多載波調(diào)制技術(shù)。OFDM 全稱為正交頻分復(fù)用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing） ，是一種新型的高效的多載波調(diào)制技術(shù)，它能夠有效地對抗多徑傳播，使受到干擾的信號能夠可靠地接收。經(jīng)過幾十年的開發(fā)之后，OFDM/COFDM 不但被廣泛地應(yīng)用于高速數(shù)字通信中，而且已擴(kuò)展到其他領(lǐng)域。同時(shí)現(xiàn)代數(shù)字信號處理技術(shù)和超大規(guī)模專用集成電路（VLSI）的發(fā)展也使得快速傅立葉變換的實(shí)現(xiàn)變的更加容易，使該技術(shù)的實(shí)現(xiàn)費(fèi)用更趨實(shí)際，為以后 OFDM 廣泛應(yīng)用于通信領(lǐng)域開辟了道路?！≌撐姆治隽?OFDM 技術(shù)的基本原理、OFDM 的保護(hù)間隔、循環(huán)前綴、OFDM 調(diào)制解調(diào)的關(guān)鍵技術(shù)?！　￡P(guān)鍵詞： 正交頻分復(fù)用，多載波調(diào)制，信噪比，調(diào)制映射　　　　　　　　　　　　　　　　　MATLABBased Simulation of The OFDM Modulation and DemodulationAbstractOFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) is a special multicarrier modulation technique. OFDM is short of Orthogonal Frequency Division Multiplexing. It is a new type of highly efficient multicarrier modulation technique, it can effectively fight against multipath spread and make the signal interference reliably receive. After several decades of development, OFDM / COFDM has been widely used in highspeed digital munications, and has spread to other fields. At the same time, modern digital signal processing technology and ultralargescale application specific integrated circuits (VLSI) also make the development of fast Fourier transform more easily and the cost of the technology more practically, and open the market for OFDM widely used in the field of munication in the future. 　Paper analyzes the basic principles of OFDM technology, OFDM protection interval, cyclic prefix, OFDM modulation and demodulation of the key technologies.　　Keywords：（OFDM ）Orthogonal Frequency Division Multiplexing,Multicarrier modulation,SNR,Modulation mapping.　　　　　　　　　　　　第 1 章 正交頻分復(fù)用的來源　　 OFDM 的歷史起源隨著通信技術(shù)的不斷成熟和發(fā)展，如今的通信傳輸方式可以說多種多樣，變化日新月異，從最初的有線通信到無線通信，再到現(xiàn)在的光纖通信。然而，從通信技術(shù)的實(shí)質(zhì)來看，上面所述基本上都是傳輸介質(zhì)和信道的變化，突破性的進(jìn)展并不多。近年來，隨著 DSP 芯片技術(shù)的發(fā)展，傅立葉變換／反變換、高速 Modem 采用的 64／128／256QAM技術(shù)、柵格編碼技術(shù)、軟判決技術(shù)、信道自適應(yīng)技術(shù)、插入保護(hù)時(shí)段、減少均衡計(jì)算量等成熟技術(shù)的逐步引入，OFDM 作為一種可以有效對抗信號波形間干擾的高速傳輸技術(shù)，引起了廣泛關(guān)注。人們開始集中越來越多的精力開發(fā) OFDM 技術(shù)在移動通信領(lǐng)域的應(yīng)用，預(yù)計(jì)第三代以后的移動通信的主流技術(shù)將是 OFDM 技術(shù)。　 OFDM 的英文全稱為 Orthogonal Frequency Division Multiplexing，中文含義為正交頻分復(fù)用技術(shù)。這種技術(shù)是 HPA 聯(lián)盟（HomePlug Powerline Alliance）工業(yè)規(guī)范的基礎(chǔ)，它采用一種不連續(xù)的多音調(diào)技術(shù)，將被稱為載波的不同頻率中的大量信號合并成單一的信號，從而完成信號傳送。由于這種技術(shù)具有在雜波干擾下傳送信號的能力，因此常常會被利用在容易外界干擾或者抵抗外界干擾能力較差的傳輸介質(zhì)中 [1]。　 其實(shí)，OFDM 并不是如今發(fā)展起來的新技術(shù)，OFDM 技術(shù)的應(yīng)用已有近 40 年的歷史，主要用于軍用的無線高頻通信系統(tǒng)。但是，一個(gè) OFDM 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，從而限制了其進(jìn)一步推廣。直到 70 年代，人們提出了采用離散傅立葉變換來實(shí)現(xiàn)多個(gè)載波的調(diào)制，簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，使得 OFDM 技術(shù)更趨于實(shí)用化。八十年代，人們研究如何將OFDM 技術(shù)應(yīng)用于高速 MODEM。進(jìn)入九十年代以來， OFDM 技術(shù)的研究深入到無線調(diào)頻信道上的寬帶數(shù)據(jù)傳輸。目前 OFDM 技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于廣播式的音頻和視頻領(lǐng)域和民用通信系統(tǒng)中，主要的應(yīng)用包括：非對稱的數(shù)字用戶環(huán)路（ADSL）、ETSI 標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字音頻廣播（DAB）、數(shù)字視頻廣播（DVB）、高清晰度電視(HDTV）、無線局域網(wǎng)（ WLAN）等。　　　　　　第 2 章 OFDM 系統(tǒng)的基本原理及主要技術(shù)　 OFDM 的主要技術(shù)　 信道分配　　可以有很多種方式為用戶分配信道最主要的是分組信道分配、自適信道分配這兩種分配方式?！? 分組信道　　顯然，最簡單的方法是將信道分組分配給每個(gè)用戶，這樣可以使由于失真、各信道能量的不均衡和頻偏所造成的用戶間的干擾減到最小。但是載波分組會使信號容易衰落，于是我們用載波跳頻來解決這個(gè)問題。分組隨機(jī)跳頻空閑時(shí)間較短，約n個(gè)字符時(shí)間。利用時(shí)間交織和前向糾錯(cuò)可以恢復(fù)丟失的數(shù)據(jù)，但是會降低系統(tǒng)容量并且會增加信號時(shí)延?！　? 自適應(yīng)跳頻　這是一種新的基于信道性能的跳頻技術(shù)，信道用來傳遞對它來說具有最佳信噪比的信號。因?yàn)槊總€(gè)用戶的位置不同，所以信號的衰落模式也不相同，因此每個(gè)用戶收到的最強(qiáng)信號都不同于其他用戶，從而相互之間不會發(fā)生沖突。研究表明，在頻率選擇性信道采用自適應(yīng)跳頻可以大幅提高信號接收功率，能夠達(dá)到5～2OdB，這是一個(gè)非常好的結(jié)果。事實(shí)上，自適應(yīng)跳頻消除了頻率選擇性衰落 [2]。　多徑信道中，速率為1Gbit/s的信號的頻響特性每15cm就會發(fā)生很大的變化，因此信號的頻率刷新速率要比15cm的移動速率快很多，一般情況下終端每移動5cm刷新一次就足夠了。比如終端以每小時(shí)60km的速度移動，刷新速率就是大約 330次/ 秒。跳頻的開銷比特?cái)?shù)量與用戶速率、用戶數(shù)量以及系統(tǒng)是全雙工還是半雙工有關(guān)。全雙工系統(tǒng)的接收機(jī)和發(fā)射機(jī)的工作頻率的間隔至少應(yīng)大于40MHz，信道數(shù)量是用戶數(shù)的兩倍，發(fā)射的參考碼字的數(shù)量比用戶數(shù)多1個(gè)，也就是說除了每個(gè)用戶需要發(fā)送一個(gè)參考碼字外，基站的前向信道也必需發(fā)送一個(gè)。采用并行通信可以減少參考碼字，20個(gè)用戶可以共用一個(gè)參考碼字。對于一個(gè)10Mbit/s 帶寬全雙工系統(tǒng)，有 10個(gè)速率為 50kbit/s的用戶，調(diào)制方式是QPSK，其開銷比特將占整個(gè)數(shù)據(jù)的30%～50%。而時(shí)分半雙工系統(tǒng)可以減少開銷比特，只有10% ～15%。當(dāng)信道變化太快，跳頻速度跟不上時(shí)，用隨機(jī)跳頻代替自適應(yīng)跳頻。由于這種轉(zhuǎn)換非?？?，所以衰落時(shí)間很短暫，采用時(shí)間交錯(cuò)和前向糾錯(cuò)能夠補(bǔ)償這種衰落。時(shí)間交錯(cuò)要求盡可能短，否則就會增加時(shí)延。　　 多天線　　ODFM由于碼率低和加入了時(shí)間保護(hù)間隔，因此具有極強(qiáng)的抗多徑干擾能力。由于多徑時(shí)延小于保護(hù)間隔，所以系統(tǒng)不受碼間干擾的困擾，這就允許單頻網(wǎng)絡(luò)(SFN)可以用于寬帶OFDM系統(tǒng)，依靠多天線來實(shí)現(xiàn)，即采用由大量低功率發(fā)射機(jī)組成的發(fā)射機(jī)陣列消除陰影效應(yīng)，來實(shí)現(xiàn)完全覆蓋。　　多天線系統(tǒng)非常適用于無線局域網(wǎng)。一般的局域網(wǎng)由于陰影效應(yīng)，信號無法完全覆蓋，需要使用中繼器。對于傳統(tǒng)系統(tǒng)來說，中繼器可能會帶來多徑干擾，但OFDM不存在這個(gè)問題，它的中繼器可以加在任何需要的地方，不僅可以完全覆蓋網(wǎng)絡(luò)，并且可以消除多徑干擾。　 調(diào)制方式　OFDM系統(tǒng)的各個(gè)載波可以根據(jù)信道的條件來使用不同的調(diào)制，比如BPSK、 QPSK、8PSK、16QAM 、64QAM等等，以頻譜利用率和誤碼率之間的最佳平衡為原則。選擇滿足一定誤碼率的最佳調(diào)制方式可以獲