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毕业设计
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32.基于Matlab的OFDM系统仿真,毕业设计
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基于 Matlab 的 OFDM 系统仿真 1 OFDM 原理及应用 简介 ： 现在的无线宽 带 通 路 市场的其中一个挑战是 在维持优良性能的前提下的 部署和操作无线系统 能力 ，表现为在许多不同的地形和区域 是否能够 提供高速数据。 自然和人为的障碍影响到无线系统 的性能 。它 是否 归结于非线性区域 (NLOS) 或多径的 情况 , 这是 今天 许多 经营者 面对的挑战。他们声称 OFDM 涌现的技术将解决这些 问题 。 正交频分多路复用 (OFDM) 是多载 波调制 技术。 它达到高速数据速率 , 防止码 间干扰 (ISI), 并且克服多 径 信号 间 的干扰。它 也承认， 在非线性区域 (NLOS)中 的 通信是无线部署的一 个限制因素。 OFDM 技术不是新的， 它已经变成 商业 中 可利用和适应市场需 求 的一个创新技术。 OFDM 为无线管理者们的经营计划提供一个坚实的 、 并且有利于 基于 一个大用户群 产生的收益 而制订的基础。 多 径 和它的作用 多 径 出现在被传送的信号经过反射、衍射和散射的情况中。 这些情况导致同样信号在同时到达或延迟 到达 接收器产生 的 多 重响应的出现 。这归结于在发射机和接收器之间 的 障碍。 它使接收器 使用了 额外的处理时间 去识别 接踵而来的信号。 接收器祛除不需要的信号 而损伤 整个系统性能。 参见图 1 。 无线通信中的 多径 作用 与 码间 串扰 (ISI)一样 为人所知。各个 码元 所包含的一定比特数由 精确的调试所 确定。 从无线系统 为 传输 使用码元开始 , 因于多径nts福州大学本科生毕业设计（外文翻译） 2 产生 某一 确定码元 而产生 的响应看作 到 随后到达的 码元间 的 码间串扰 (ISI)。 参见图 2 如下。 OFDM 调制 非常有力地抑制 了 多径 的延迟传播 (从接收器来看，时间在 到达的第一个和最后一个 多径 的信号之间的长度中传播 )。在有长 码元的周期里， OFDM 使 码间串扰 减到最小。 工作中的 OFDM OFDM 调制 把可利用的光谱信道划分成几独立的载波频率。这由所有载波频率互相正交完成 , 防止在严密间隔的载波频 率之间产生干涉。 在 OFDM 信号中 , 所有正交载波频率同时被传送。 正交信号是通 过使得载波波峰和其他的已经完美结合的并且和副载波相间隔开的 信号的无效部分相符而产生的。参见图 3 如下。 在独立载波频率中的信号被单独地调制和解调。 如果一个或两个副载波频率由频率选择性衰落对其进行衰弱或影响 (信号在不同的频率上以不同的能量和nts基于 Matlab 的 OFDM 系统仿真 3 速度传播 ), 其影响是最小的，因为信息横跨了剩余的副载波而传播。 几个平行的副载波的同时传输提供高数据速率。参见图 4 如下： 因为 OFDM 信号在几个平行的副载波中传送 , 正向 纠错法 (FEC)应用于对由于干涉或 多径 的接收器使用恢复丢失信息位的副载波。 这个误差改正机制允许OFDM 最大化数据传输的可靠性。 独立载波与 OFDM 系统的比较 独立载波系统转移数据流使用串行传输而 OFDM 系统使用并行传输。当符号持续时间变得更短的时候，维持更高的吞吐量的能力在独立载波系统中变弱 , 这就使符号需要有更加快速传送。转化成独立载波系统更易受从 多径 和其他射频来源 (载波 )的符号间干涉和外在干涉的影响。独立载体系统的错误纠正变得更加困难和易受冲击，导致系统性能下降。 OFDM 系统能达到更高和可靠的 数据 传输 速率 、 以更低的速率 传送 符号 并且在平行流 传送更多 符号 。 因为 OFDM 同时运用 了 几 个 平行的 副载波 , 它能从错误 中 更高效率地恢复 ,也就是说并非 所有的信息能 从干涉源中 被 压缩 。 在非线性区域 (NLOS) 环境存在的情况下能转化为 更高 和 能承受的 吞吐量 。 在无线通路市场里 OFDM 为 经营者 提供了 好处 OFDM 技术是 作为 经营者 和想要 配置有效益 的宽频带网的 互联网服务提供商的载体的理想解决方法 。 今天在市场上 经营者 需要知道 , 无线通 路 设备可能部署 在 任何地方 , 并且nts福州大学本科生毕业设计（外文翻译） 4 能 在乡区 和在郊区的大厦和密集的市区 (NLOS)克服自 然障碍。 这样 的性能 考虑到各种各样的部署 情况 从 在郊区的 私有住宅 到在中央市区的 办公室和企业 , 因而 经营者 迎合了 基于 OFDM 系统 整体无线通 路 市场 的优势 。 实 现 OFDM 系统的好处是 ： 更好的覆盖面和渗透 那 些使能 对早先没有接受服务的顾客 无线通 路 服务供应 , 如此 为 经营者 /服务器的提供者 增加 收入的 潜力 。 减少的操作和设施费用起因于 没有指令的 线性区域 (LOS)和更加快速 更加简单的安装程序并且可能 保存需要安装另外的辅助部件。 相比于与之竞争的技术， 超光谱效率 能转换 成 能传输更小带宽数的 更多数据。 对 于 多径 的高抵抗 , 典 型地发现 于在高数据速率情况下 窄带和 DSSS 系统不能承受的 多径 的郊区和都市环境里 。 OFDM 使用几个适用的调制类型 使 码间干扰 减到最小 (ISI)。 此外 , 因为 在每个 OFDM 典型载波中、数据速率在 1 Mbps 的之下的 数据 副载波 ,反射的 多径信号是较不可能取消主要信号 的 。 OFDM 有计划地去 解决以无线大城市网络区域 部署的局限性 和 为包括住宅 ,SOHO, SME 和多单位住宅楼的顾客 提供大范围的宽频通 路 。 OFDM技术的应用 目前 OFDM的最广泛应用是正在普及的数字用户线 (ADSL,HDSL,VDSL等 )系统。DSL 技术以现有的铜质双绞线高于 POTS 上限的频段为传输信道，利用低成本的nts基于 Matlab 的 OFDM 系统仿真 5 电话线突破了模拟 MODEM 的传输速率限制，使用户可以实现宽带的 INTERNET 接入。采用 OFDM 技术克服了非屏蔽双绞线与频率密切相关的传输衰耗和外界的射频干扰问题，系统中各子载波传输的符号速率自适应于各自的子信道状态，保证最合适的信噪比与数据率，采用了适合于有线信道环境的信道编码及时域和频域均衡措施，提高了频带的利用率。 数字音频广播 DAB是 第一个应用 OFDM 技术的标准，使用单频网，采用 COFDM、子频带 DQPSK 调制，有很高的频谱效率，克服了广播信道的多径时延扩散，能提供 MPEGI Layer-2 音频服务和新的数据业务。 采用 OFDM 的数字视频广播 DVB，提供 MPEG2 标准视频 ,MPEG2 layer-1,2 音频以及数据业务，具有 2K 或 8K 子载波， 2K 模式用于较小的单频网， 8K 模式用于大功率大范围单频网。编码是 RS 外部编码和外部卷积的交织，调制方式可选。它支持多数据流、多节目源 ;支持不同特性信道或不同质量的传送。与 xDSL 不同的是， OFDM 技术在广播应用中由于无反馈信息，各子载波的调制速率是一致的。 WAND 实现了第一个基于 OFDM 的 ATM 网络原型，促进了在 5G 频带 MODEM 中使用 OFDM 技术的标准化进程，同时使 OFDM 技术在高速无线通讯中的作用得到了认可。 ETSI 的 Hiperlan2 与高速无线局域网标准 IEEE802.11a，以及日本 MMAC 协会的 WLAN 标准，是基于 OFDM 的类似技术，这是目前继 3G 之后发展最快的领域。它们可以提供到 ATM, IP 宽带网络及 3G 移动核心网的高速多媒体接人，或构成单独的局域网系 统。基本业务包括有特定 QOS 要求的数据、语音和视频，不同的运行模式按需要可以覆盖较大的区域或较小的区域。 OFDM 最大的潜在应用是 4G 移动通信网络。虽然在 3G 无线传输方案中， OFDM技术是三大技术之一，但由于现实的技术相对不太成熟，所以没有得到广泛支持。但是，随着无线业务要求的不断提高、用户的不断增加，为 3G 提供的 2GHz 频带会很快饱和。由于低频段缺少足够的带宽， 4G 必须工作在高频段，因此有大的路径损耗和严重阴影现象，信号起伏大、延迟扩散严重。 CDMA 很难适应这些条件提高数据率和系统容量。因此，具有 特别优势的 OFDM 成为 4G 的物理层技术已是必然选择。 OFDM 技术目前在其它方面的应用研究还有 VHF/UHF 频段无线战术高速数据通信网、以电力线为传输信道的宽带接人以及水下声波通讯等。 虽然 OFDM 技术具有许多适用于移动通信系统的特点，但它还是具有一定的不足，这主要表现在 : OFDM 信号包络不是恒定的，导致它对线路中的非线性特性很敏感，并引发了一系列问题，这是 OFDM 技术的缺陷。 nts福州大学本科生毕业设计（外文翻译） 6 对频率偏移的敏感程度要比单载波系统高，对于载波同步算法与电路要求高。 对 OFDM 技术的缺点已经有很多解决方案，并且现在仍在发展研 究之中。我们可以相信，随着 OFI)M 技术的不断成熟，它将在未来的移动通信系统中发挥不可替代的作用。 参考 1J Heiskala, J Terry, Ph D., “OFDM Wireless LANs: A Theoretical and Practical Use. SAMS, pp 31-36, 292-295, 2002. 2E lawrey, “The suitability
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