【正文】 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 ....................................................... 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。同時現(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現(xiàn)變的更加容易，使該技術(shù)的實現(xiàn)費用更趨實際，為以后 OFDM 廣泛應(yīng)用于通信領(lǐng)域開辟了道路?！　￡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。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)、插入保護時段、減少均衡計算量等成熟技術(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?！?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)。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]。但是，一個 OFDM 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，從而限制了其進一步推廣。八十年代，人們研究如何將OFDM 技術(shù)應(yīng)用于高速 MODEM。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?！? 分組信道　　顯然，最簡單的方法是將信道分組分配給每個用戶，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。分組隨機跳頻空閑時間較短，約n個字符時間?！　? 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。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，這是一個非常好的結(jié)果。　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。跳頻的開銷比特數(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)。采用并行通信可以減少參考碼字，20個用戶可以共用一個參考碼字。而時分半雙工系統(tǒng)可以減少開銷比特，只有10% ～15%。由于這種轉(zhuǎn)換非常快，所以衰落時間很短暫，采用時間交錯和前向糾錯能夠補償這種衰落?！　? 多天線　　ODFM由于碼率低和加入了時間保護間隔，因此具有極強的抗多徑干擾能力?！　《嗵炀€系統(tǒng)非常適用于無線局域網(wǎng)。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。選擇滿足一定誤碼率的最佳調(diào)制方式可以獲得最大頻譜效率。使用與信噪比相匹配的調(diào)制方式可以提高頻譜利用率。例如系統(tǒng)通常選擇BPSK或QPSK調(diào)制，這樣可以確保在信道最壞條件下的信噪比要求(可靠性得到了保障)，但這兩種調(diào)制的頻譜效率太低(有效性比較差) 。但任何事物都有其兩面性，自適應(yīng)調(diào)制也不例外。OFDM 技術(shù)將這個矛盾迎刃而解，通過采用功率控制和自適應(yīng)調(diào)制協(xié)調(diào)工作的技術(shù)。功率控制與自適應(yīng)調(diào)制要取得平衡，也就是說對于一個遠(yuǎn)端發(fā)射臺，它有良好的信道，若發(fā)送功率保持不變，可使用較高的調(diào)制方案如64QAM；若功率可以減小，調(diào)制方案也相應(yīng)降低，可使用QPSK。傳輸?shù)姆蔷€性會造成互調(diào)失真〔IMD)，此時信號具有較高的噪聲電平，信噪比一般不會太高。信噪比限制了最大頻譜利用率只能接近5～7bit/s/Hz [4]。多用戶OFDM系統(tǒng)的導(dǎo)頻信道或參考碼字可以用來測試信道的好壞?！? OFDM 系統(tǒng)的基本原理　　 OFDM 原理簡介　多載波傳輸是把數(shù)據(jù)流分解為若干個獨立的子比特流，這樣每個子數(shù)據(jù)流具有低得多的比特速率，用此比特率形成低速率多狀態(tài)符號再去調(diào)制相應(yīng)的子載波?！FDM是一種特殊的多載波傳送方案，利用逆快速傅立葉變換（IFFT）和快速傅立葉變換（FFT ）分別實現(xiàn)調(diào)制解調(diào)，是實現(xiàn)復(fù)雜度最低、應(yīng)用最廣的一種多載波傳輸方案。OFDM 棄用傳統(tǒng)的用帶通濾波器來分隔子載波頻譜的方式，改用跳頻方式選用那些即便頻譜混疊也能夠保持正交的波形，因此我們說，OFDM既可以當(dāng)作調(diào)制技術(shù)，也可以當(dāng)作復(fù)用技術(shù)。在單載波系統(tǒng)中，單個衰落或者干擾可能導(dǎo)致整條鏈路不可用，但在多載波系統(tǒng)中，只會有一小部分載波受影響?！≡趥鹘y(tǒng)的并行通信系統(tǒng)中，整個系統(tǒng)頻帶被劃分為N 個互不混疊的子信道，每個子信道被一個獨立的信源符號調(diào)制，即N個子信道被頻分復(fù)用。上個世紀(jì)中期，人們又提出了頻帶混疊的子信道方案，信息速率為a，并且每個信道之間距離也為a ，這樣可以避免使用高速均衡和抗突發(fā)噪聲差錯，同時可以充分利用信zH道帶寬，節(jié)省了50%。這種“正交”表示的是載波的頻率間精確的數(shù)學(xué)關(guān)系。在這樣的接收機下，保護頻帶分隔不同載波頻率，這樣就使頻譜的利用率低。盡管還是頻分復(fù)用，但己與過去的FDMA有了很大的不同:不再是通過很多帶通濾波器來實現(xiàn)，而是直接在基帶處理，這也是OFDM有別于其他系統(tǒng)的優(yōu)點之一。OFDM的高數(shù)據(jù)速率與子載波的數(shù)量有關(guān)，增加子載波數(shù)目就能提高數(shù)據(jù)的傳送速率。 OFDM 正交調(diào)制解調(diào)框圖　　串行并行變換　插入保護間隔　 　　數(shù)模變換　 　　多徑傳播　??th,?模數(shù)變換　DFT或FFT　串行并行變換　 　　去除保護間隔　　并行串行變換　并行串行變換　 　　IDFT或IFFT　??nX??tr??nrOFDMOFDM反 ??t??????nS??nR圖 　OFDM 系統(tǒng)框圖 　　 正交調(diào)制框圖　　首先碼元速率為 ，比特速率是 ，因為串并變換的關(guān)系，所以 。必須如下式這樣正確的選擇??tpi ??tqi和 ，才能滿足正交調(diào)制的條件。這樣 和 明顯能夠滿足公式:　??tfjmmetp?2???tfjn?2????tpiqi (22)　?nmTtfjTtfj snsmd???,020?但是 必須滿足關(guān)系： ， 。bT1　　　　串并變換　??tg　　d0　　 t1　　 tp0 　　　t1　　　　??tp1