基于MATLAB的OFDM通信系统仿真

科技学院 2012 届本科毕业论文 基于 MATLAB 的 OFDM 通信系统仿真 专 业 通信工程 指导教师 张欣 学生姓名 戴梦茹 学生学号 082004110481 中国 贵州 贵阳 2012 年 5 月 精品文档 I欢迎下载I欢迎下载I欢迎下载I欢迎下载I欢迎下载I欢迎下载I欢迎下载I欢迎下载 目录 摘要 III Abstract IV 第一章 绪论 1 1 1 引言 1 1 2 研究背景和意义 2 1 2 1 OFDM 技术发展现状 2 1 2 2 OFDM 仿真技术的研究现状 3 1 3 OFDM 技术的特点 4 1 4 本文的主要内容 5 第二章 OFDM 的基本原理 6 2 1 信号的表达式及其正交性 6 2 2 调制与解调 9 2 3 保护间隔和循环前缀 10 2 4 加窗技术 12 第三章 OFDM 系统的关键技术 16 3 1 同步技术 16 3 1 1 同步技术简介 16 3 1 2 同步技术的分类 16 3 1 3 同步偏移对 OFDM 系统性能的影响 17 3 2 信道估计技术 18 3 2 1 无线通信信道 18 3 2 2 无线信道信道估计 19 3 3 峰均功率比 19 3 3 1 峰均功率比的定义 20 3 3 2 降低峰均功率比的方法 20 3 4 信道编码和交织 21 3 4 1 RS 码以及伽罗华域概述 21 精品文档 II欢迎下载II欢迎下载II欢迎下载II欢迎下载II欢迎下载II欢迎下载II欢迎下载II欢迎下载 3 4 2 RS 编码原理 23 3 4 3 RS 码的主要特点 25 3 4 4 RS 码的纠错原理 25 3 4 5 交织技术 25 3 5 均衡技术 25 第四章 OFDM 系统的仿真及结果分析 27 4 1 OFDM 系统的基本原理模型 27 4 2 MATLAB 仿真软件的特点 27 4 2 1 通信仿真的一般步骤 27 4 2 2 MATLAB 仿真软件的特点 28 4 3 OFDM 系统仿真模型及主要模块参数设置 28 4 3 1 整个 OFDM 系统仿真模型 28 4 3 2 主要模块参数设置 28 4 4 OFDM 通信系统仿真结果分析 31 4 4 1 发射信号与接收信号的基带波形 31 4 4 2 OFDM 信号传输前后的星座图 33 4 4 3 OFDM 系统的发射端与接收端信号的功率谱 35 4 4 4 多普勒频移对 OFDM 系统性能的影响 36 4 4 5 RS 编码对 OFDM 系统性能的影响 37 4 4 6 OFDM 系统的误码分析 38 第五章 总结和展望 40 5 1 全文总结 40 5 2 展望 40 参考文献 42 附录 43 致谢 47 精品文档 III欢迎下载III欢迎下载III欢迎下载III欢迎下载III欢迎下载III欢迎下载III欢迎下载III欢迎下载 基于 MATLAB 的 OFDM 通信系统仿真 摘要 移动通信技术是现阶段通信技术研究中的重点 得到了越来越多人的关注 OFDM 技术能够有效地抵抗多径衰落 抑制噪声和干扰 并且能够大幅度地提高无线通信系 统的传输速率和信道容量 有着非常广阔的应用前景 本文主要介绍了 OFDM 系统的基本原理以及其优缺点 详细阐述了 RS 编码技术 并简单叙述了各种关键技术 在 OFDM 技术的基本原理以及 MATLAB 中 Simulink 仿真平 台的基础上 讨论了如何构建完整的 OFDM 仿真系统 并分析了各主要模块的功能作用 完成各模块的参数设置 应用 Simulink 仿真平台在 RS 编码以及不同多普勒频移的条 件下进行 OFDM 系统的仿真分析 分析研究表明 在信噪比较小时 RS 编码对 OFDM 系统的差错性能有明显改善 但 当信噪比达到一定值时 经过 RS 编码后的系统性能急剧下降 说明 RS 编码对系统误 码性能的改善程度是有限的 另外 当信噪比相同时 随着多普勒频移的不断增大 OFDM 系统的误码率也不断变大 说明多普勒频移对系统的差错性能有一定的负面影响 此外 简要分析了 OFDM 系统的差错性能的影响因素以及仿真曲线出现不规则波动 的原因 关键词 无线通信 OFDM MATLAB Simulink RS 编码 多普勒频移 精品文档 IV欢迎下载IV欢迎下载IV欢迎下载IV欢迎下载IV欢迎下载IV欢迎下载IV欢迎下载IV欢迎下载 Simulation Of OFDM Communication System Based On MATLAB Abstract The mobile communication technique becomes the emphasis of communication research and more and more people focus on it OFDM technology has been applied widely it not only can resist the multi path fading restain noise and interference but also can greatly increase the transmission rate of wireless communication system and the channel capacity In this paper I introduced basic principles of OFDM system and its advantages and disadvantages some key technologies and RS coding techniques are elaborated in detail Based on the basic principles of OFDM technology and Simulink simulation platform of MATLAB how to build a complete OFDM simulation system is discussed and the function of the main module is analyzed the parameters of these modules are set Under RS coding and different Doppler frequency shift Simulink simulation platform is applied to do OFDM system simulation analysis The research results indicated RS coding could improve the error performance of OFDM system significantly when Eb No is smaller but the error performance of OFDM system declines sharply when Eb No reaches a certain value we can conclude that RS coding only makes limited contribution for the improvements of OFDM system performance In addition when Eb No is same OFDM system bit error rate becomes larger and larger as Doppler frequency shift increases it implies that the Doppler frequency has some negative impact on OFDM system error performance In addition a brief analysis about the factors of error performance of OFDM system and the causes of the irregular fluctuation is did Keywords wireless communication OFDM MATLAB Simulink RS coding 精品文档 V欢迎下载V欢迎下载V欢迎下载V欢迎下载V欢迎下载V欢迎下载V欢迎下载V欢迎下载 Doppler frequency shif 精品文档 1欢迎下载1欢迎下载1欢迎下载1欢迎下载1欢迎下载1欢迎下载1欢迎下载1欢迎下载 第一章 绪论 1 1 引言 自从 17 世纪 30 年代电报在英国和美国出现并发展以来 通信技术已经逐渐融入 了人类社会 伴随着它的不断发展 人们的生活水平不断提高 在当今社会 信息的 传输方式日新月异 从文本信号通信到语音通信 再到多媒体通信 从最早的通信方 式电报到固定电话 再到计算机网络 最后到移动通信 从有线通信到无线通信 再 到现在的光纤通信 2 到目前为止 移动通信技术已经了三个主要发展阶段 每个阶 段的发展都是技术的突破和观念的创新 不仅集中了计算机科学技术 网络应用中的 许多成就 也集中了有线通信 无线通信的最新技术成果 移动通信系统已从模拟通 信系统逐渐发展到了数字通信系统 其未来发展的宏伟目标是 可以在任何时间任何 地点 向任何人提供快速可靠的通信服务 1 在 20 世纪下半叶 蜂窝移动通信开始蓬勃发展 到现在已经取得了令人瞩目的成 就 19 世纪 70 年代末 美国电话电报公司 AT y z m n p 表示信号的无比率 长度与 snr 相同 y snr z snr m snr n snr p snr for i 1 length snr 信道的信噪比依次取 snr 中的元素 SNR snr i 运行仿真程序 得到的误比特率保存在工作区变量 BitErrorRate 中 sim shuang1 计算 BitErrorRate 的均值作为本次仿真的误比特率 y i mean BitErrorRate z i mean BitErrorRate1 end 准备一个空白的空间 figure 绘制 snr 和 y 的关系曲线图 纵坐标采用对数表示 semilogy snr y hold on semilogy snr z r 精品文档 44欢迎下载 grid on for i 1 length snr 信道的信噪比依次取 snr 中的元素 SNR snr i 运行仿真程序 得到的误比特率保存在工作区变量 BitErrorRate 中 sim shuang11 计算 BitErrorRate 的均值作为本次仿真的误比特率 m i mean BitErrorRate n i mean BitErrorRate1 end hold on 绘制 snr 和 m 的关系曲线 纵坐标采用对数表示 semilogy snr m g hold on 绘制 snr 和 n 的关系曲线 纵坐标采用对数表示 semilogy snr n grid on for i 1 length snr 信道的信噪比依次取 snr 中的元素 SNR snr i 运行仿真程序 得到的误比特率保存到工作区间 BitErrorRate 中 sim shuang111 计算 BitErrorRate 的均值作为本次仿真的误比特率 p i mean BitErrorRate n i mean BitErrorRate1 end hold on 绘制 snr 和 p 的关系曲线图 纵坐标采用对数表示 1 semilogy snr p g 精品文档 45欢迎下载 二 绘制OFDM系统中子信道符号频谱程序代码 t 8000 200 8000 y7 sinc t 2000 1 5 y1 sinc t 2000 1 y2 sinc t 2000 0 5 y3 sinc t 2000 y4 sinc t 2000 0 5 y5 sinc t 2000 1 y6 sinc t 2000 1 5 plot t y1 hold on plot t y2 hold on plot t y3 hold on plot t y4 hold on plot t y5 hold on plot t y6 hold on plot t y7 xlabel d ylabel sinc t grid on 三 图2 1所对应的程序代码 X 0 0 01 1 Y sin 2 pi X plot X Y r 精品文档 46欢迎下载 hold on Z sin 4 pi X plot X Z b hold on Q sin 6 pi X plot X Q y hold on M sin 8 pi X plot X M g grid on 四 绘制不同滚降系数的升余弦函数的时域与频域曲线的程序 fd 1e3 设置码元时隙 fs fd 10 5 设置每个码元的采样次数为10 delay 5 设置滤波器延时宽度为5个码元时隙宽度 for r 0 0 25 0 5 0 75 1 滚降系数为0 0 25 0 75 1 num rcosine fd fs fir normal r delay 升余弦函数参数设置 t 0 1 fs 1 fs length num 1 横坐