OFDM系统的设计与仿真

IOFDM系统的设计与仿真摘要：通信作为一种现代科技，也正以其特有的力量加快着人类社会前进的脚步。近年来，由于宽带系统逐渐地发展，大量通信相关的新颖技术作为热点被许多专家学者研究。OFDM技术通过正交频分复用使得系统具有频谱利用高、强抗干扰等特点。在整个系统一些模块的实现中，采用了比如循环前缀，IFFT等技术，使得整个系统一些问题得到了解决。在本论文里详细介绍了OFDM的一些概况、系统总的思路、系统中一些关键技术的原理以及整个系统的构成和实现。首先本文首先详细介绍了有关OFDM的研究历史背景与现状，当前这个领域的热点。然后依次介绍了整个系统的基本的原理、整体框架的结构以及系统采用的一些关键的技术。基本原理的介绍里，重点对正交频分复用及其的优点、多载波调制的实现与优缺点、信道估计的方法、同步技术与要求进行了描述和分析。在OFDM系统结构的介绍里，首先描述了整体框架的组成，模块的功能。然后对模块的实现和技术的选择进行了详细地描述和分析。本文通过采用16QAM编码进行调制，串并变换和IFFT实现多载波调制，加循环前缀以及加窗等过程实现真各个模块的设计。在前面对模块采用的技术介绍的基础上，从仿真设计的角度上再对模块进行分析，来确定最佳的参数算法等。总体来讲本文设计仿真了一个OFDM的系统，分析系统中各个环节在不同情况下的工作情况以及对整个系统性能的影响以及如何对其进行优化。关键词:多载波调制；OFDM系统仿真；16QAM；信道估计；同步技术中图分类号：TN911IIDesignandSimulationofOFDMSystemAbstract:Modernsocietyistherapidadvanceofcommunicationinallaspectsofthedemandisgrowingrapidly.Allaspectsofcommunicationsurgentneedtodeveloptokeepupwiththepaceofthetimes.OFDMtechnologybyorthogonalfrequencydivisionmultiplexingmakesthesystemspectrumutilization,stronganti-jammingfeatures.Intheimplementationofsomemodulesoftheentiresystem,suchasthecyclicprefix,IFFTtechnology,makingthewholesystemanumberofissueshavebeenresolved.WiththeseadvantagesofOFDMtechnologyisbecomingthecoretechnologyofnext-generationcommunications.ThefirstarticlefirstdetailsthehistoricalbackgroundandcurrentsituationofOFDM,thishot.Followedthebasicprincipleofthewholesystem,theoverallframeworkofthestructureandthesystemusesanumberofkeytechnologies.Theintroductionofthebasicprinciples,focusingonorthogonalfrequencydivisionmultiplexinganditsadvantages,therealizationofstrengthsandweaknessesofthemulti-carriermodulation,channelestimation,synchronizationtechnologyandtherequirementsofthedescriptionandanalysis.TheintroductionoftheOFDMsystemstructure,thefirstdescribestheoverallframeworkofthecompositionofthefunctionmodule.Thentherealizationofthemoduleandselectadetaileddescriptionandanalysis.Thisarticlethroughtheuseof16QAMcodedmodulation,stringandtransformandIFFTmulti-carriermodulation,pluscyclicprefixandwindowingprocesstoachievetruedesignofeachmodule.Firstthefaceofthemoduleusingthetechnologydescribedonthebasisofthemodulefromtheperspectiveofthesimulationdesignanalysistodeterminethebestparametersalgorithm.Overall,paperdesignandsimulationofanOFDMsystem,theanalysissysteminallaspectsoftheworkindifferentsituations,aswellastheimpactonoverallsystemperformanceandhowtooptimizeit.Keyword:Multi-carriermodulation;OFDMsystemsimulation;16QAM;channelestimation;synchronizationtechnologyClassification:TN911III目次摘要................................................................I目次...........................................................III1绪论..............................................................11.1引言........................................................11.2OFDM的历史和应用............................................12OFDM系统基本原理.................................................12.1正交频分复用................................................12.2多载波调制..................................................22.3信道估计....................................................23OFDM系统设计.....................................................33.1OFDM的总体框架..............................................33.216QAM的调制与解调...........................................33.3逆快速傅里叶变换............................................33.4保护间隔与循环前缀..........................................44OFDM的设计仿真...................................................44.116QAM调制...................................................44.2逆快速傅里叶变换实现调制....................................44.3添加循环前缀与后缀和进行加窗................................44.4接收与解调..................................................55结论..............................................................6参考文献............................................................711绪论1.1引言近年来，由于宽带系统逐渐地发展，大量通信相关的新颖技术作为热点被许多专家学者研究。与以往单一的以电报、电话为通讯方式的通信相比，进入新世纪已有各种类型的通信方式可以供不同人群选择。比如视频聊天、卫星电话、MSN还有近来流行的微信等等。从最早的只能进行通话单一地通信到现在各色各样的满足人们日常生活工作需求的通信方式。如今，随着硬件的逐渐可实现、算法的优化、采用技术的创新结合等各个方面的发展，通信正在以自己独特的姿态朝着更优的系统、更舒适的体验、更强大的功能发展。OFDM通过正交频分复用在一定程度上弥补了当前技术的一些缺陷，在一些方面有自己的优势。随着人们对通信要求的不断增加，OFDM技术的发展前景必将很好，也一定是诸多研究的热点。1.2OFDM的历史和应用早在1966年OFDM思想的就已经出现了，但因当时的硬件的条件非常差，若采用这种思想来实现，实现起来将会极其繁琐，这也导致OFDM技术要在当时投入实际运用有很大的阻碍[1]。直到通过离散傅里叶变换来实现的提出，OFDM技术在徘徊了很长时间后，终于有了突破性的进展[2]。此时，虽然在实现方式上有了很大的优化，但仍有许多在现实应用中需要考虑的因素有待解决。。而另外一方面由于市场的需求,OFDM技术也为满足用户的需求不断完善已有的技术[3]。在实际应用中，OFDM技术也与其它热门相关技术向结合，从而发挥这些技术各自的优点[4]。此外，OFDM技术也因为它的一些特点也被电力线的通信所采用去，也有一定成果[5]。2OFDM系统基本原理2.1正交频分复用在通信系统中，频谱的范围非常的宝贵，这就需要我们着手去不断提高系统的频谱的利用率。以前的一些频分复用技术，并没有把每一个子信道进行重叠，而这空出的部分就浪费掉了，这是实际应用的通信系统中所不想得到的[6]。OFDM的每个子载波之间的相互正交使得OFDM技术的频谱可以有很大的重叠，不须在每个子信道之间留出很大的间隔，这是频谱的严重的浪费。OFDM2的这种技术使得其一方面频谱上可以重叠，另一方面又可以使子载波不会发生干扰。每个子载波在相互正交的情况下，因为信号正交的不会相互作用的性质，在传输的过程中它们之间就不会产生干扰。2.2多载波调制多载波调制是是用多个载波来调制输入的信号，它把一个输入的很长数据流分为许多短的的数据流去控制一系列载波。通过分为多个数据流这种方式，使得数据的速率较输入的数据相比大大地降低了，给了系统性能的提升提供了很大的空间[7]。对于OFDM系统优劣与否不仅仅要看它采用了何种技术解决了何种关键问题，还须重点考虑OFDM系统中擦用的技术在实现中所消耗的成本以及实际要求的条件的苛刻的程度。子载波数的多少，在理论的条件下考虑越多越好，但在考虑实际实现的情况下，结果就不是这样。子载波数的增多，系统在抗多径干扰的能力这一方面可以有一个很大的加强。虽然子载波数多抗干扰的能力强，但实现繁琐。2.3信道估计OFDM系统因为自己采用技术的特点，最佳的方式是采用半盲估计[8]这种方法，可以获得更好的更精准的信道估计得到结果。在导频选择后，导频