【正文】 OFDM 整體基帶系統(tǒng)框圖 ................................. 11 OFDM 接收系統(tǒng)設(shè)計(jì) ..................................... 12 串并變換 ............................................ 12 河北大學(xué) 2020屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 去循環(huán)前綴 CP ....................................... 12 FFT ................................................ 13 并串變換 ............................................ 14 16QAM 解調(diào) .......................................... 15 4 基于 MATLAB 的 OFDM 接收系統(tǒng)仿真 ......................16 仿真環(huán)境 MATLAB 介紹 ................................... 16 仿真參數(shù)設(shè)置 .......................................... 16 OFDM 系統(tǒng)參數(shù)選擇 ................................... 16 參數(shù)設(shè)置 ............................................ 16 仿真程序分析 .......................................... 17 仿真 接收系統(tǒng) 信號程序流程圖 .......................... 17 待接收 OFDM 信號 ..................................... 18 信道模型 ............................................ 21 串并變換 /并串變換 ................................... 22 去循環(huán)前綴 CP ....................................... 22 快速傅里 葉變換 FFT .................................. 23 16QAM 解調(diào) .......................................... 24 仿真結(jié)果分析 .......................................... 25 比特率 .............................................. 25 頻譜效率 ............................................ 25 誤碼率分析 .......................................... 25 仿真結(jié)果 ............................................ 25 河北大學(xué) 2020屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 5 總結(jié) .............................................. 28 參考文獻(xiàn) ............................................. 29 致 謝 ...............................................30 河北大學(xué) 2020屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 1 1 引 言 課題 研究 背景及意義 由于 OFDM 技術(shù)的可實(shí)現(xiàn)性，在二十世紀(jì) 90 年代， OFDM 廣泛應(yīng)用干各種數(shù)字傳輸和通 信中，如廣播式音頻、視頻領(lǐng)域和民用通信系統(tǒng)，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。 該技術(shù)的應(yīng)用大幅度提高無線通信系統(tǒng)的信道容量和傳輸速率，并能有效地抵抗多徑衰落、抑制干擾和窄帶噪聲，如此良好的性能從而引起了通信界的廣泛關(guān)注。 進(jìn)入 21 世紀(jì)，無線移動(dòng)通信業(yè)務(wù)從語音，數(shù)據(jù)到 圖像 ，服務(wù)質(zhì)量 (QoS)和傳輸速率的要求也越來越高，寬帶化已成為當(dāng)今通信技術(shù)領(lǐng)域的主要發(fā)展方向。項(xiàng)目以制定 3G演進(jìn)型系統(tǒng)技 術(shù) 規(guī)范作為目標(biāo)。 可見當(dāng)今時(shí)代的 OFDM 技術(shù) 在移動(dòng)通信中的應(yīng)用 正 如火如荼地開展起來 ，已成為下一代通信（ NGN）的主流 高速 傳輸技術(shù)，本文也就借此對 OFDM 傳輸技術(shù)的原理及其關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行了簡單的剖析，并重點(diǎn)放在了 OFDM 接收 系統(tǒng) 的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn) 上 ，并通過仿真對整個(gè)系統(tǒng)的性能進(jìn)行了分析。從此 OFDM 技術(shù)開始走向?qū)嵱谩? 本文主要研究工作和內(nèi)容安排 本文主要研究了 OFDM 的基本原理及對 OFDM 接收 系統(tǒng)的 MATLAB 仿真與分析，并將其與單載波和 FDM 傳輸系統(tǒng)進(jìn)行了對比分析，重點(diǎn)放在了 OFDM 接收機(jī)系統(tǒng)各模塊的設(shè)計(jì)與仿真，最后用 MATLAB 代碼編寫了整個(gè) OFDM 基帶系統(tǒng)仿真平臺，設(shè)置好仿真參河北大學(xué) 2020屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 3 數(shù)，對該基帶系統(tǒng)的性能進(jìn)行分析，最終得到誤碼率（ BER）與信噪比（ SNR）的關(guān)系圖。 河北大學(xué) 2020屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 4 2 OFDM 基帶系統(tǒng)的原理 單載波與多載波通信系統(tǒng) 單載波通信系統(tǒng) 通常我們采用的通信系統(tǒng)是單載波 技術(shù) 。 tje 0? tje 0?? tje1? tje 1?? tj Ne 1?? tj Ne 1??? 圖 22 多載波系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu) g(t) 信道 g*(t) g*(t) g(t) g(t) g(t) + 信道 g*(t) g*(t) 河北大學(xué) 2020屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 5 頻分復(fù)用與正交頻分復(fù)用 頻分復(fù)用 (FDM) 頻分復(fù)用是指將信道劃分成 N 個(gè)子信道，利用 N 個(gè)不同頻率的子載波并行的在子信道上傳輸 N 路數(shù)據(jù)。信號此時(shí)在頻帶上是互不重疊的，因此可以用相加器將 N 路信號和 在一起傳輸。單個(gè)子載波信號為： ??? ??? ot he r sTttftf Nkk 0 0)2c os ()( ? （ 23） 由正交性可知 :???? ??? nm nmTdttftf Nmn 0)(*)( （ 24） 由式（ 24）可知，子載波信號是兩兩正交的。其次，頻譜利用率高。最后，實(shí)現(xiàn)簡單。 MCM 的基本思想就是將高速數(shù)據(jù)流串并變換為 N 路速率相對較低的子數(shù)據(jù)流，再用它們分別去調(diào)制 N 路子載波后進(jìn)行并行傳輸。用 M 路并行碼調(diào)制 M 個(gè)子載波來實(shí)現(xiàn)頻分復(fù)用。因此其頻譜可以看作是周期為 T 的矩形脈沖的頻譜與一組 位于各個(gè)子載波頻率上的δ函數(shù)的卷積。再到后來人們發(fā)現(xiàn)快速算法 FFT，使得 OFDM 的多正交子載波調(diào)制變得相對容易很多，進(jìn)而 IFFT 和 FFT 逐漸成為了 OFDM 調(diào)制技術(shù)的核心算法。 當(dāng)接收機(jī)檢測到信號到達(dá)時(shí)，首先進(jìn)行同步和信道 估計(jì)， 當(dāng)完成 時(shí)間同步 、小數(shù)倍頻偏估計(jì)和糾正后，經(jīng)過 FFT 變換，進(jìn)行整數(shù)倍頻偏估計(jì)和糾正，此時(shí)得到的數(shù)據(jù)是 QAM或 QPSK 的已調(diào)數(shù)據(jù)。在整個(gè)數(shù)字通信系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)在信道中以串行數(shù)據(jù)流的形式連續(xù)傳輸，在接收端需再經(jīng)過串并變換，以便進(jìn)行后續(xù)的去 CP 和 FFT 等數(shù)據(jù)處理的過程。同樣第一個(gè)子載波也會給第二個(gè)子載波的 解調(diào)帶來干擾。 FFT 在 OFDM 系統(tǒng)的實(shí)際 應(yīng)用中，需要采用快速傅里葉變換及反變換（ FFT/IFFT）來實(shí)現(xiàn)調(diào)制解調(diào)。本仿真使用的 512點(diǎn)的 FFT 可先分成兩個(gè) 256 點(diǎn)， 256（ 256= 4 ）點(diǎn) FFT 和上述的基 4 的 16 點(diǎn) FFT 的結(jié)構(gòu)相 似 [6] 。 圖 35 16QAM信號星座映射圖 由上圖很容易得到映射關(guān)系，即 00?3 01?1 11?1 10?3。 仿真參數(shù)設(shè)置 OFDM 系統(tǒng)參數(shù)選擇 在 OFDM 系統(tǒng)中，需要確定符號周期、保護(hù)間隔、子載波數(shù)量等參數(shù)。 參數(shù)設(shè)置 本文仿真時(shí)借鑒了 標(biāo)準(zhǔn)，并對其進(jìn)行了簡化，當(dāng) FFT 長度為 512 點(diǎn)時(shí)，每一個(gè) OFDM 符號由一組長度為 200 的子載波組成，這里不做導(dǎo)頻方面的考慮，全部用來傳輸河北大學(xué) 2020屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 17 數(shù)據(jù)，每個(gè)符號的持續(xù)時(shí) 間為 ST ，并有兩部分組成：數(shù)據(jù)部分持續(xù)時(shí)間為 UT 和保護(hù)時(shí)間間隔部分持續(xù)長度為 gT 。%列向量 plex_carrier_data_matrix=reshape(plex_carrier_data_matrix39。 time_wave_matrix =signal_after_IFFT。 經(jīng) FFT 變換并加循環(huán)前綴后， 信號的時(shí)域形式對比如圖 43 所示。 avg_temp_time = (IFFT_bin_length+GI)*symbols_per_average。信道類型只要有兩種，即有線信道和無線信道。 AWGN 信道是所有信道模型中最簡單的一種，它可用下圖表示。%接收到的信號加噪聲 串并變換 /并串變換 在 MATLAB 中，串并變換、并串變換的語句為： paradata=reshape(serialdata,m,n)，其中 m， n 為新生成矩陣的行列數(shù)， serialdata 為原矩陣。 B 點(diǎn)信號形式即系統(tǒng)接收部分去除循環(huán)前綴之后的信號，圖 47 中給出了去掉循環(huán)前綴前后信號的時(shí)域形式。%接收信號的相位 Rx_mag = abs(Rx_carriers)。 比特率 比特率就是二進(jìn)制數(shù)字碼流的信息傳輸速率，單位是 bit/s，表示每秒傳輸?shù)亩M(jìn)制比特?cái)?shù)。說白了， 16QAM 解調(diào)就是一個(gè)對應(yīng)星座圖反映射出信息比特的過程。 河北大學(xué) 2020屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 23 0 100 200 300 400 500 600 700 0 . 4 0 . 200 . 20 . 4幅度Amplitude時(shí)間 T i m e第一個(gè)帶有循環(huán)前綴 CP 的接收 O F D M 時(shí)域信號0 100 200 300 400 500 600 700 0 . 4 0 . 200 . 20 . 4幅度Amplitude時(shí)間 T i m e第一個(gè)去掉循環(huán)前綴 CP 的接收 O F D M 時(shí)域信號 圖 47 去循環(huán)前綴 CP后的 OFDM時(shí)域信號 快速傅里葉變換 FFT 在 OFDM 接收系統(tǒng)里，還要采用快捷的 FFT 來實(shí)現(xiàn)接收信號的解調(diào)。 去循環(huán)前綴 CP 為 更好的消除碼間干擾，還可以在每個(gè) OFDM 符號之間插入保護(hù)間隔（ guard interval），并且 使得該保護(hù)間隔長度 gT 一般要滿足大于無線信 道的最大時(shí)延擴(kuò)展，這樣當(dāng)前符號的多徑分量就不會對下一個(gè)符號造成干擾。 圖 46 AWGN信道模型 %====================發(fā)送信號經(jīng)過高斯信道 ================== Tx_signal_power = var(Tx_data_matrix)。一般來講，信號通過信道傳輸后，會遭到三大損 害：衰減、延遲失真和噪聲。 average_fft(1:avg_temp_time) = 0。 0 100 200 300 400 500 600 700 0 . 4 0 . 200 . 20 . 4幅度Amplitude時(shí)間 T i m e第一個(gè)未加循環(huán)前綴 CP 的 O F D M 時(shí)域信號0 100 200 300 400 500 600 700 0 . 4 0 . 200 . 20 . 4幅度Amplitude時(shí)間 T i m e第一個(gè)加了循環(huán)前綴 CP 的 O F D M 時(shí)域信號 圖 43 加循環(huán)前綴 CP后的 OFDM時(shí)域信號 %=================生成發(fā)送信號，并串變換 ================= Tx_data_matrix=zeros(1,symbols_per_c