基于MATLAB的OFDM接收系统设计与仿真 通信工程专业毕业设计 毕业论文.doc

本科生毕业论文（设计）题目：基于MATLAB的OFDM接收系统设计与仿真学院电子信息工程学院学科门类工学专业通信工程学号姓名指导教师2011年5月12日装订线河北大学2011届本科生毕业论文（设计）基于MATLAB的OFDM接收系统设计与仿真摘要OFDM即正交频分复用技术，实际上是多载波调制中的一种。其主要思想是：将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到相互正交且重叠的多个子载波上同时传输。该技术的应用大幅度提高无线通信系统的信道容量和传输速率，并能有效地抵抗多径衰落、抑制干扰和窄带噪声，如此良好的性能从而引起了通信界的广泛关注。本文设计了一个基于FFT算法的OFDM接收系统，并在计算机上进行了仿真和结果分析。重点放在OFDM接收系统设计与仿真，在这部分详细介绍了系统各模块的组成及设计机理，然后对OFDM信号经过AWGN信道后进行解调，整个过程都是在MATLAB环境下仿真实现，并对接收系统的仿真结果及性能进行分析，通过仿真得到信噪比与误码率之间的关系，为该系统的具体实现提供了大量有用数据，为OFDM通信系统的进一步改进奠定了基础。关键词：正交频分复用；MATLAB；接收系统；设计仿真河北大学2011届本科生毕业论文（设计）OFDMReceiverDesignandSimulationBasedonMATLABABSTRACTOFDM,whichisshortforOrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing,isactuallyoneofthemulti-carriermodulations.ThemainideaofOFDMistosplitthechannelintoanumberoforthogonalsubchannelsandthehigh-speeddatasignalsintoanumberofparallellow-speeddatasignalsthataretransmittedsimultaneouslyovernumbersofsubcarriers.Thistechnologygreatlyimprovesthechannelcapacityandtransmissionrateofthewirelesscommunicationsystemandeffectivelyresiststomultipathfadinginterferenceandinhibitsnarrowbandnoise.Suchagoodperformancehasbroughtwidespreadconcerninthecommunicationarea.Inthisthesis,basedontheFFTalgorithm,anOFDMreceiversystemisdesignedandsimulatedonacomputer.ThisarticlefocusesontheOFDMreceiverdesignandsimulationanddetailsthecomponentsanddesignofeachmoduleofthesystem,andthenthedemodulationoftheOFDMsignalstransmittedthroughAWGNchannel.TheentireprocessisrealizedundertheMATLABsimulationenvironment.Andthenitanalyzesthereceiversystemsimulationresultsandperformance,throughwhichwegettherelationbetweenSNR(signaltonoise)andBER(biterrorrate),providingagreatnumbersofusefuldatasfortheconcreterealizationofthesystem,andlayingasolidfoundationforfurtherimprovementofOFDMcommunicationsystem.Keywords：OFDM(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing)；MATLAB；ReceiverSystem；DesignandSimulation河北大学2011届本科生毕业论文（设计）目录1引言.11.1课题研究背景及意义.11.2课题发展历程现状及前景.21.3可行性分析.21.4本文主要研究工作和内容安排.22OFDM基带系统的原理.42.1单载波与多载波通信系统.42.1.1单载波通信系统.42.1.2多载波通信系统.42.2频分复用与正交频分复用.52.2.1频分复用(FDM).52.2.2正交频分复用(OFDM).62.3OFDM技术的优缺点分析.72.4OFDM技术的基本理论及算法.82.4.1OFDM基本原理.82.4.2OFDM基础理论.82.4.3OFDM核心算法.103OFDM接收系统设计.113.1OFDM整体基带系统框图.113.2OFDM接收系统设计.123.2.1串并变换.12河北大学2011届本科生毕业论文（设计）3.2.2去循环前缀CP.123.2.3FFT.133.2.4并串变换.143.2.516QAM解调.154基于MATLAB的OFDM接收系统仿真.164.1仿真环境MATLAB介绍.164.2仿真参数设置.164.2.1OFDM系统参数选择.164.2.2参数设置.164.3仿真程序分析.174.3.1仿真接收系统信号程序流程图.174.3.2待接收OFDM信号.184.3.3信道模型.214.3.4串并变换/并串变换.224.3.5去循环前缀CP.224.3.6快速傅里叶变换FFT.234.3.716QAM解调.244.4仿真结果分析.254.4.1比特率.254.4.2频谱效率.254.4.3误码率分析.254.4.4仿真结果.25河北大学2011届本科生毕业论文（设计）5总结.28参考文献.29致谢.30河北大学2011届本科生毕业论文（设计）11引言1.1课题研究背景及意义由于OFDM技术的可实现性，在二十世纪90年代，OFDM广泛应用干各种数字传输和通信中，如广播式音频、视频领域和民用通信系统，主要的应用包括：非对称的数字用户环路（ADSL）、ETSI标准的数字音频广播（DAB）、数字视频广播（DVB）、高清晰度电视（HDTV）、无线局域网（WLAN）等。1999年，IEEE802.lla通过了一个5GHz的无线局域网标准，其中OFDM调制技术被采用为物理层标准，使得传输速率可以达54Mbps。这样，可提供25Mbps的无线ATM接口和10Mbps的以太网无线帧结构接口，并支持语音、数据、图像业务。这样的速率完全能满足室内、室外各种应用场合。欧洲电信组织(ETSI)的宽带射频接入网的局域网标准HiperiLAN2也将OFDM定为它的调制标准技术。进入21世纪，无线移动通信业务从语音，数据到图像，服务质量(QoS)和传输速率的要求也越来越高，宽带化已成为当今通信技术领域的主要发展方向。由于在诸如移动信道，广播信道等实际信道中，会产生多径衰落现象，引起严重的码间干扰(ISI)，从而限制了传输速率的提高。传统解决办法是采用自适应均衡技术来对抗多径衰落。但随着传输带宽的不断增加，均衡器的制作越来越复杂，成本也在不断提高。为了有效地利用有限的频率资源，以满足高速率，大容量的业务需求，必须采用专门的技术，以克服无线信道多径衰落，降低对均衡器的依赖，降低噪声，从而达到改善系统性能的目的。在众多技术中，正交频分复用(OFDM)技术显出了其优越的性能。OFDM自身具有良好的有效对抗载波间干扰和码间干扰的性能，因此很快成为一种无线通信领域里的高速传输技术，引起了广泛关注。2004年11月，根据众多移动通信运营商、制造商和研究机构的要求，3GPP通过被称为LongTermEvolution(LTE)即“3G长期演进”立项工作。项目以制定3G演进型系统技术规范作为目标。3GPP经过激烈的讨论和艰苦的融合，终于在2005年12月选定了LTE的基本传输技术，即下行OFDM，上行SC(单载波)-FDMA。OFDM由于技术的成熟性，被选用为下行标准很快就达成共识。而上行技术的选择上，由于OFDM的高峰均比(PAPR)使得一些设备商认为会增加终端的功放成本和功率消耗，限制终端的使用时间，一些则认为可以通过滤波，削峰等方法限制峰均比。不过经过讨论后，最后上行还是采用了SC-FDMA方式。拥有我国自主知识产权的3G标准TD-SCDMA在LTE演进计划中也提出了TD-CDM-OFDM的方案B3G/4G是ITU提出的目标，并希望在2010年予以实现。B3G/4G的目标是在高速移动环境下支持高达