【正文】 目錄 VIII 多普勒頻移對(duì)系統(tǒng)性能的影響 .................................................71 本章小結(jié) ...........................................................................................73 第 5 章 總結(jié) ...............................................................................................73 參考文獻(xiàn) .......................................................................................................75 致 謝 .......................................................................................................77 附錄 1 ............................................................................................................78 附錄 2 ............................................................................................................88 附錄 3 ............................................................................................................93 附錄 4 ............................................................................................................99 第 1 章 緒論 1 第 1 章 緒論 課題背景 OFDM 系統(tǒng)的發(fā) 展過程及國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀 在無線通信技術(shù)不長(zhǎng)的發(fā)展歷史中，每個(gè)發(fā)展階段都曾出現(xiàn)過風(fēng)行一時(shí)的核心技術(shù)。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） （基于 MATLAB的 OFDM通信系統(tǒng)仿真分析） 燕 山 大 學(xué) 年 月 1 I本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） （基于 MATLAB 的 OFDM 通信系統(tǒng)仿真分析） 學(xué) 院： 信息科學(xué)與工程學(xué)院 專 業(yè)： 通信工程 學(xué)生 姓名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo) 教師： _______ 答辯 日期： 燕山大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 II 燕山大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 學(xué)院：信息科學(xué)與工程 系級(jí)教學(xué)單位： 學(xué) 號(hào) 110104030037 學(xué)生 姓名 專 業(yè) 班 級(jí) 通信 2班 題 目 題目名稱 基于 MATLAB 的 OFDM 通信系統(tǒng)仿真分析 題目性質(zhì) 工程技術(shù)實(shí)驗(yàn)研究型（） 題目類型 （ ） （ ） 題目來源 科研課題（ ） 生產(chǎn)實(shí)際（ ）自選題目（ ） 主 要 內(nèi) 容 搜集、查閱 OFDM 技術(shù)的資料，了解掌握 OFDM 的原理、存在的問題及現(xiàn)有的解決方法；自學(xué)仿真語言 MATLAB；對(duì)基本的 OFDM 系統(tǒng)建立仿真模型并進(jìn)行仿真，并進(jìn)行性能分析。 在國(guó)內(nèi)，過去的十年似乎成為了 CDMA(碼分多址技術(shù) )的時(shí)代，以 CDMA為核心的 IS95系統(tǒng)成為 2G及 3G技術(shù)天下。 現(xiàn)在， OFDM 技術(shù)的研究已經(jīng)相當(dāng)成熟， OFDM 一直被認(rèn)為未來的 4G 技術(shù)之一，與英特爾支持的 WiMax 是競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。所以可以預(yù)見未來一定是 OFDM技術(shù)的世界。 6） 可以有效地 降低 信號(hào)波形間的干擾，適用于多徑環(huán)境和衰落信道中的高速數(shù)據(jù)傳輸。 與 傳統(tǒng)的恒包絡(luò)的調(diào)制方法相比， OFDM 調(diào)制存在一個(gè)很高的峰值因子。 2021 年 11 月，根據(jù)眾多移動(dòng)通信運(yùn)營(yíng)商、制造商和研究機(jī)構(gòu)的要求， 3GPP 通過被稱為 LongTermEvolution(LTE)即“ 3G長(zhǎng)期演進(jìn)”立項(xiàng)工作。而 OFDM 技術(shù)首當(dāng)其沖將扮演重要的角色 [1] 。 可行分析性 MATLAB可以方便的在語言與圖形結(jié)合的環(huán)境下設(shè)計(jì)OFDM接收系統(tǒng)，并且系統(tǒng)的基本參數(shù)可以在 MATLAB程序開燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 始時(shí)設(shè)定。 第三部分主要簡(jiǎn)單介紹了 OFDM 仿真的關(guān)鍵技術(shù)，有關(guān)于定時(shí)同步以及信道估計(jì)的內(nèi)容等等。 多載波調(diào)制理論簡(jiǎn)介 單載波系統(tǒng)如圖 21所示。在數(shù)據(jù)傳輸速率很高的情況下，在傳輸信道上有頻率選擇性衰落或多徑衰落，多徑時(shí)延擴(kuò)展容易導(dǎo)致 ISI。在接收端可以通過相關(guān)解調(diào)技術(shù)分離出來，避免使用帶通濾波器組，同時(shí)使頻譜效率提高近一倍。這里要求碼元波形是受限的，并且數(shù)據(jù)要成塊處理。1Nd ?信道串 行 數(shù) 據(jù) 流串 行 數(shù) 據(jù) 流積分積分 圖 23 OFDM 系統(tǒng)基本原理模型 信號(hào)的表達(dá)式及其正交性 OFDM 的根本思想是通過串并變換把串行的高速數(shù)據(jù)流變成并行的低速數(shù)據(jù)流，其實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵就在于保證各個(gè)子載波之間的正交性，這也是 OFDM 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的難點(diǎn)。 圖 2. 系統(tǒng) 符號(hào)定時(shí) 頻偏校正 輸入數(shù)據(jù) 信道編碼 交織 信號(hào) 映射 插入導(dǎo)頻 串 /并交換 IFFT 并 /串變換 插保護(hù)間隔 載波調(diào)制 信道 載波解 調(diào) 去保護(hù)間隔 串 /并 FFT 并 /串 信道估計(jì) 信道逆映射 解交織 信道解碼 輸出數(shù)據(jù) 定時(shí)和頻率同步 頻偏矯正 第 2章 OFDM基本原理 13 在發(fā)送端，輸入的高 速率數(shù)據(jù)流經(jīng)過信道編碼和交織后，再通過 調(diào)制映射產(chǎn)生調(diào)制信號(hào)，插入導(dǎo)頻信號(hào)后 ， 經(jīng)過串 /并 變 換變成 N 個(gè) 并行的低速 率 數(shù)據(jù)流， 這樣 每 N 個(gè) 并行數(shù)據(jù)構(gòu)成一個(gè)OFDM 符號(hào) 。 OFDM 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)模型 利用離散反傅里葉變換 (IFFT)或快速反傅里葉變換 (IFFT)實(shí)現(xiàn)的 OFDM 系統(tǒng) [11]，如圖 所示 : 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 復(fù)信號(hào)經(jīng)過串／并變換后，進(jìn)行 IDFT 或 IFFT，將數(shù)據(jù)的頻譜表達(dá)式變到時(shí)域上，再經(jīng)過并／串變換，然后插入保護(hù)間隔，防止碼間干擾，再經(jīng)過數(shù)／模變換后形成 OFDM 調(diào)制后的信號(hào)s(t)。在 k=1 的條件下，移位寄存器級(jí)數(shù) m=K1。不同于分組碼之處在于：在分組碼中，監(jiān)督碼元僅與本組的信息碼元有關(guān)；而在卷積碼中，監(jiān)督碼元不僅與本組的信息碼元有關(guān)，而且也與其前 m 組的信息碼元也有關(guān) ,卷積碼一般用 ? ?,mkn, 00 表 示。當(dāng)輸入第三比特時(shí)，第一比特和第二比特都右移一位，此時(shí)的輸出比特顯然與當(dāng)前輸入比特和前二位輸入比特有關(guān)。 1963 年梅西 (Massey)提出了一種性能稍差，但比較實(shí)用的門限譯碼方法。它是 一種最大似然譯碼，其譯碼的復(fù)雜性均隨 m按指數(shù)增長(zhǎng)。四相相移鍵控信號(hào)簡(jiǎn)稱“ QPSK”。 在現(xiàn)代通信系統(tǒng)中使用較多的是數(shù)字調(diào)制方式，和模擬調(diào)制方式相比，數(shù)字調(diào)制方式有更好的抗噪聲性能和更強(qiáng)的抗信道衰落能力。 常用的數(shù)字相位調(diào)制方式有二相相移鍵控，四相相移鍵控，偏置四相和最小頻移鍵控等，他們的性能比較如表 所示，其中 QPSK 是最常用的方式之一。 225176。 10 11 00 01 01 11 00 10 Q Q 45176。 K 信號(hào)的產(chǎn)生 將輸入的二進(jìn)制序列經(jīng)串 /并變換后分成兩路 a 和 b。 4） 將177。 調(diào)制部分： 接收信號(hào) Ts 相乘器 低通濾波器 采樣判決 相乘器 低通濾波器 采樣判決 解調(diào)輸出 并 / 串轉(zhuǎn)換 π /2 移相移 定時(shí) 定時(shí) 接收信號(hào) 相乘器 低通濾波器 采樣判決 相乘器 低通濾波器 采樣判決 并 / 串轉(zhuǎn)換 π /2移相 定時(shí) 定時(shí) 相干濾波 COSWc SINWc 解調(diào)輸出 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 OFDM信號(hào)可以用復(fù)數(shù)形式表示為： 10( ) ( ) e x p [ 2 ( ) ]2Ni S i Si Ts t c r e c t t T j f t T???? ? ? ?? , 式中， ST 為起始時(shí)間， ()rectt 為門函數(shù)， if 為第 i個(gè)子載波的頻率，ic 為第 i個(gè)信號(hào)。 ? ? 1,0,10 2 ???? ??? ?? Nknend Nk Nnkj ? (28) 顯然， ??nd? 是序列 ??ksl的離散傅立葉變換。在基 4的 FFT運(yùn)算中，只存在于 {1， 1,j， j}的相乘運(yùn)算，因此不需要采用完整的乘法器來實(shí)施這種乘法，只需要通過簡(jiǎn)單地加、減以及交換實(shí)部和虛部的運(yùn)算來實(shí)現(xiàn)這種乘法。 過采樣實(shí)質(zhì)上是一個(gè)以計(jì)算量的開銷換取精確度增加的技術(shù)。 圖 保護(hù)間隔 按照這樣的方法合適的選取保護(hù)間隔的長(zhǎng)度可以消除碼間干擾，然而在這種情況下，由于多徑傳播的影響，則會(huì)產(chǎn)生信道間干擾 ICI，即子載波間的正交性會(huì)遭到破壞，不同 的子載波之間產(chǎn)生干擾。這樣的話，在FFT運(yùn)算長(zhǎng)度內(nèi)，第一個(gè)子載波與帶有時(shí)延的第二個(gè)子載波之間的周期個(gè)數(shù)之差不再是整數(shù)，所以當(dāng)接收機(jī)解調(diào)第一個(gè)載波時(shí)，第二個(gè)子載波會(huì)對(duì)第一個(gè)子載波造成干擾。 同時(shí)， 進(jìn)過比較可以發(fā)現(xiàn)， 在相同信噪 比的情況下， 過采樣下的誤碼率要比沒有過采樣的情況下低。因此， N點(diǎn)的基4FFT運(yùn)算中只需要執(zhí)行 ? ? ? ?2log8/3 2 ?NN 次復(fù)數(shù)乘法或相位選轉(zhuǎn) ,以及 NN 2log 次復(fù)數(shù)加法。 N點(diǎn) DFT和 IDFT運(yùn)算需要實(shí)施 N*N次的復(fù)數(shù)乘法 (我們不比較復(fù)數(shù)加法的運(yùn)算量 )。因此，在基帶處理時(shí)可令 0cf ? ，則與快速離散傅里葉反變換形式相比較， IFFT實(shí)現(xiàn)為： 1`0( ) e x p ( 2 ) `N iiis t c j f t???? ? （ 2）解調(diào)部分 `01``0001? ( ) e xp( 2 )1e xp( 2 ) e xp( 2 )1,0,TkiNTi i kiTkc s t j f dtTc j f j f dtTc dt i kTik????????? ? ????? ?? ?????? （ 3）傳輸?shù)男盘?hào)應(yīng)用實(shí)信號(hào)，則： 10( ) R e [ e x p ( 2 ) e x p ( 2 ) ]Nkki ks t c j t j f tT????? ? 則：10( ) e x p ( 2 )N kiks t c j tT???? ? 110010102( ) e xp ( 2 ) e xp ( )1sNNB t T k s k siiNnkkNiNnkkNiks t c j nT c j nTTNcWcWN??????????????????? 在 Hermitian對(duì)稱條件，一般將 N點(diǎn)數(shù)據(jù)共軛擴(kuò)展 2N個(gè)點(diǎn)，即： * ( 2 ) , 0 2kc c N k k N k? ? ? ? ? 的約束下， 2N點(diǎn)快速離散傅里葉反變換將頻域內(nèi)的 N個(gè)復(fù)數(shù)信號(hào)子符號(hào) kc 變換成時(shí)域中的 2N個(gè)實(shí)數(shù)樣值 , 0,1, 2,..., 1kc k N??，加上循環(huán)前綴 * (2 )kc c N k??之后，這 2NJ? 個(gè)實(shí)數(shù)樣值就構(gòu)成了實(shí)際的 OFDM 發(fā)送符號(hào)。 coswct 信號(hào)相加， 形成 QPSK 信號(hào)。 兩路分別對(duì)載波進(jìn)