OFDM系统基本原理讨论及发送接收模块实现

现

摘 要

正交频分复用OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）技术是一种新兴的移动通信技术。由于其近年来在个人无线通信及多媒体通信方面所表现出来的良好性能，已被广泛的应用于无线局域网、数字音频广播(DAB)、数字视频广播(DVB)系统中。正交频分复用（OFDM）技术将会成为下一代移动通信系统的核心技术。

正交频分复用技术 ,是近年来受到人们广泛关注的一种调制技术, 在高速无线数据传输领域有很大的应用前景。它将高速的数据流分解成许多低速率子数据流，利用相互正交且重叠的多个子载波同时传播，它的主要优点是抗符号间干扰能力强，频带利用率高，能有效地对抗多径衰落。

本文在分析和总结相关文献的基础上，首先介绍了正交频分复用技术的基本原理,并讨论了其中的关键技术,然后运用MATLAB构建OFDM系统, 并加入自适应功率和比特分配算法，通过具有高斯白噪声的频率选择性信道，观察在不同的信噪比条件下，系统的误码率如何变化,从而分析系统在不同调制方式下的性能。

关键词：正交频分复用,BPSK, 16QAM, IFFT

ABSTRACT

Orthogonal Frequency Division Multiplexing OFDM（Orthogonal Frequency

Division Multiplexing） techniques is a new technique used in the mobile communication .Because of its good performances in the field of wireless personal and multimedia communications, it has been used in wireless local network, digital audio broadcasting (DAB)，digital video broadcasting(DVB) systems. Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) techniques will be the core techniques of the next generation mobile communications.

OFDM is a modulation technology, which is very popular in recent years, with a good application future in the field of high speed wireless communications. It splits a high-rate data stream into a number of lower-rate data streams that are transmitted simultaneously over a number of subcarriers. The benefits of OFDM are resiliency to inter-symbol interference, high spectral efficiency and efficient to reduce multi-pass interference.

Based on related literature, this paper first introduced the basic theory of Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) and discussed the key techniques of OFDM. Then an OFDM simulation system is constructed on MATLAB platform. Furthermore the power and bit load arithmetic is adopted in the simulation. The bit error rate under different SNR is presented ultimately. At last, the performance of the OFDM system using different modulation modes is analyzed.

KEY WORDS：Orthogonal Frequency Division Multiplexing, BPSK, 16QAM, IFFT

目 录

前 言………………………………………………………………1

第1章 概述...........................................3

1.1移动通信概述........................................3

1.2单载波与多载波通信系统................................7

1.2.1 单载波传输系统...................................7

1.2.2 多载波传输系统...................................7

1.2.3 OFDM系统的优缺点.....................................8

第2章 OFDM系统基本原理.............................11

2.1 OFDM系统基本模型……………………………………………12

2.2多进制数字调制方.................................15

2.3 FFT在OFDM系统中的应用...............................17

2.3.1 DFT实现方法 17

2.3.2傅立叶变换的过采样...............................19

2.4 保护间隔和循环前缀..................................19

2.5 OFDM系统中的编码技术................................24

第3章 MATLAB与仿真系统…………………………………….26

3.1 MATLAB简绍.........................................26

3.1.1 MATLAB系统....................................27

3.1.2 MATLAB的主要功能...............................27

3. 2 OFDM仿真系统的程序流程.............................28

第4章 OFDM系统仿真与结果分析...........................31

4.1 参数设置………………………………………………………31

4.2 仿真结果与分析……………………………………………….32

第5章 总 结................................................38

致 谢........................................................39

参考文献..................................................... 40

附 录1......................................................41

附 录2......................................................50

前 言

在现代通信系统中，如何高速和可*的传输信息是一个很重要的内容。目前，数据传输的理论和实践已经取得很大的进展，但这些进展并不适应于更广泛的信道以获取更高的传输性能。而且随着通信的发展，特别是无线通信业务的增长，

利用的频带日趋紧张。除了开发新的频谱资源外，采用新的高效抗干扰调制技术，提高频带的利用率一直是人们关心的话题，OFDM技术的出现则为这些问题的解决开辟了一条新的路径。

OFDM即正交频分复用，是对多载波调制（MCM，Multi-Carrier Modulation）的一种改进，它在频域把信道分成许多正交的子信道，各子信道的载波保持正交，并将高速数据流串并转换到这些正交并行子载波上，以较低的比特率传送。它适用于在多径和频率选择性信道环境下的高速数据传输。它具有能有效消除符号间串扰（ISI）、提高频谱利用率，很好的对抗频率选择性衰落和窄带干扰的优点。

OFDM是一种多载波技术，它在频域把信道分成许多正交的子信道，各子信道的载波保持正交，并将高速数据流串并转换到这些正交并行子载波上以较低的比特率传送。假如在每个OFDM符号前面插入符号保护间隔并采用 CP（循环前缀）的形式，保证信道冲激响应的长度小于 CP 的长度，则接收端在良好同步的条件下可以消除载波和符号间干扰。OFDM适用于在多径环境和频率选择性信道环境下的高速数据传输。它具有抗多径能力强、频谱利用率高的优点。他将高速数据流串并转换到正交并行子载波上以较低的比特率发送,可实现频率选择性信道环境下的高速数传,已被数字音频广播(DAB)、数字视频广播(DVB)、宽带无线局域网(WLAN)采纳为传输标准。

本文各个章节内容安排如下：

第一章为引言部分，简单介绍了当前通信系统的特点;

第二章重点介绍了OFDM基本原理及OFDM中的一些关键技术，如IFFT/FFT的实现，循环前缀的应用，编码问题以及同步技术等；

第三章介绍了MATLAB 的功能并通过MATLAB实现系统仿真，给出仿真系统描述，仿真程序;

第四章介绍OFDM系统模型建立以及对结果进行分析,讨论;

第五章为结论，总结全文。

经过30多年的发展，OFDM技术不但被广泛应用于高速数字通信中，而且已扩展到许多其他领域，随着研究的深入，相信这项技术的应用会十分广泛。

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