2015届北京联合大学毕业设计开题报告-徐嘉明(最终版)

北京联合大学毕业设计（论文）开题报告题目：OFDM调制解调技术的设计与仿真实现专业：通信工程指导教师：张xx学院：信息学院学号：xxxxx班级：1101B姓名：xxxx一、课题任务与目的1．主要任务：正交频分复用（OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，OFDM）技术虽然具有在时域上抵抗多径衰落、频域上抵抗选择性，简化接收机的信道均衡操作；抗窄带干扰性强，窄带带宽下也能够发出大量的数据；能有效对抗信号波形间的干扰，适用于多径环境和衰落信道中的高速数据传输；信道利用率高等优点。但是，OFDM技术也具有时域同步要求高、同频干扰大、信号峰均比（PARR）高等缺点。因此，本课题的主要任务在于深入学习和研究OFDM的基本原理与技术，分析OFDM技术的优缺点。基于MATLAB软件平台设计一个OFDM系统，编写系统代码并完成软件仿真，实现OFDM系统内信号的调制与解调，观察并记录仿真数据和结果，分析系统性能，找出仿真过程中OFDM系统所出现的问题或缺陷，思考并提出解决或抵抗该问题或缺陷有效方法。2．研究目的：（1）掌握OFDM技术的基本原理与技术，研究OFDM相关公式，并分析OFDM技术的优缺点。（2）掌握OFDM系统的基本工作过程，设计出OFDM仿真系统，通过仿真分析系统性能。（3）发现OFDM系统仿真过程中所出现的问题，并提出解决方案，为完善OFDM技术提供实验依据。（4）熟练掌握MATLAB软件平台的基本应用。二、调研资料情况OFDM(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，正交频分复用)作为一种高效的传输技术，它起源于多载波调制(MultiCarrierModulation，MCM)技术，最初应用可追溯到20世纪五六十年代，美国军方开发了世界上第一台多载波调制系统。期间，经过了10多年的缓慢发展，直到1971年，韦斯坦（Weistein）和艾伯特（Ebert）等人应用离散傅里叶变换（DFT）和快速傅里叶方法（FFT）研制出了完整的多载波传输系统，使全数字化实现OFDM成为可能。自20世纪60年代OFDM系统的提出，至今已有50多年历史。自20世纪80年代开始，OFDM调制技术逐渐成为研究热点。如，1981年Hirosaki采用基于DFT实现的OFDM调制技术试验成功了16QAM多路并行传送19.2kbps的电话调制器（Modem）；1985年Cimini提出将OFDM用于无线通信的设想等等。进入20世纪90年代以来，先进的数字信号处理技术和大规模集成电路的的飞速发展为OFDM技术的发展提供了极大的便利。至此，OFDM技术被广泛应用于数字通信领域，如，非对称数字用户线系统（ADSL）、高速数字用户环路(HDSL)、数字视频广播（DVB）、无线局域网（WLAN）、第四代移动通信（4G）等。1995年，欧洲电信标准化协会（ETSI）制定颁布了数字音频广播（DAB）标准，成为第一个采用OFDM作为调制技术的通信标准。此后，美国、欧洲、日本、中国等国家地区相继出台了ATSC、地面数字视频广播（DVB-T）标准、地面综合业务数字广播（ISDB-T）标准、地面数字电视多媒体广播（DTMB）等地面数字电视标准，目前世界上被ITU接收的四个主流数字电视标准，除了美国的ATSC之外，其余三个标准都采用了OFDM调制方式。此外，OFDM技术在无线局域网（WLAN）和移动通信系统也得到了广泛的应用。尤其在移动通信领域，由于OFDM的频率利用率最高，又适用于FFT算法处理，近年来在多种系统得到成功的应用，在理论和技术上已经成熟。因此，3GPP/3GPP2组织成员多数推荐OFDM作为第四代移动通讯无线接入技术之一。2012年ITU正式审议通过将LTE-Advanced和WirelessMAN-Advanced（即WiMAXIEEE802.16m）技术规范确立为4G国际标准。目前，随着第四代移动通信（4G）网络的广泛使用，OFDM技术作为三大关键技术之一，在TD-LTE技术中占据重要地位，并且，预计在未来的第五代移动通信技术（5G）中OFDM仍将作为主要的调制方式。在国内，OFDM调制解调技术已广泛应用于地面数字电视系统、无线局域网（WLAN）系统和第四代移动通信（4G）系统。参考文献如下：[1]杨昉，何丽峰，潘长勇.OFDM原理与标准：通信技术的演进[M].北京：电子工业出版社，2013.09[2][韩]YongSooCho，[韩]JaekwonKim，[韩]WonYoungYang.MIMO-OFDM无线通信技术及MATLAB实现[M].北京：电子工业出版社2013.06[3]汪裕民.OFDM关键技术与应用[M].北京：机械工业出版社2007.01[4]李莉.MIMO-OFDM系统原理、应用及仿真[M].北京：机械工业出版社2014.03[5]佟学俭，罗涛.OFDM移动通信技术原理与应用[M].北京：人民邮电出版社2003.05[6]艾渤，王劲涛，钟章队.宽带无线通信OFDM系统同步技术[M].北京：人民邮电出版社2011.04[7]周恩，张兴，吕召彪.下一代宽带无线通信OFDM与MIMO技术[M].北京：人民邮电出版社2008.04[8]谢显中等.基于TDD的第四代移动通信技术[M].北京：电子工业出版社，2005.07[9]樊昌信，曹丽娜.通信原理[M].北京：国防工业出版社，2013.08[10]李旭，艾渤，钟章队.移动通信原理与系统[M].北京：科学出版社2011.04[11]沈嘉，索士强，全海洋，等.3GPP长期演进(LTE)技术原理与系统设计．北京：人民邮电出版社，2008.[12]3GPPTS36.2llV8.4.O.PhysicalChannelandModulation．2008：62-64.[13]王璐.LTE物理层上行技术研究.北京：北京邮电大学，2008:1-10.[14]仲崇祥.SC-FDMA关键技术研究.成都：电子科技大学，2009:1-5.三、初步设计方法与实施方案1．设计方法：（1）熟练掌握OFDM基本原理与技术，分析OFDM技术优缺点，深入理解OFDM系统的基本工作过程，基于MATLAB软件平台，设计并绘制OFDM调制解调系统的仿真流程图（2）结合OFDM调制解调系统的仿真流程图，初步设计出OFDM调制解调系统原理方框图（3）结合系统仿真流程图，完成系统仿真参数设置，并编写仿真程序代码（4）调试运行系统仿真程序，改变调制方式或信号帧长度，观察记录仿真数据与结果，计算误码率，分析系统性能，发现问题并提出解决方案（5）根据解决方案，完善仿真系统，并验证结果，得出结论2．实施方案：（1）根据设计方法，首先详细解读OFDM原理与技术，掌握OFDM系统工作原理，设计并绘制出OFDM调制解调系统仿真基本流程图，如图3.1所示：图3.1OFDM调制解调系统仿真基本流程图在上述OFDM系统仿真基本流程图中，需要注意的是，系统发送端输入信号以后，首先必须对输入的二进制数据流进行信道编码、交织、然后进行数字基带调制产生调制信息，插入导频，进行串行并行变换之后加入子载波，用IFFT进行OFDM变换、之后在进行并串变换。在进行信号样值的D/A变换之前，在每一个OFDM符号之前插入前缀，之后通过D/A变换形成连续时间的复包络，通过正交调制器最终得到OFDM信号。当OFDM信号在系统信道中传输时，向信道中加入高斯噪声以模拟现实中的信道传输。系统接收端接受和处理信号的过程，其实质是发送端工作的逆过程，需要注意的两点是，其一，在实际的OFDM系统中，当接收信号通过A/D变换时，产生了采样偏差，以及在数字基带信号，为获取信号帧的起始位置而产生信号定时偏差，所以在接收端必须要采取定时和频率同步。其二，要估计信道的传输函数或冲击响应，再对均衡后的信号进行解调，解交织和译码。最后再结合系统接收端的输出信号、发送端的输入信号以及系统参数，分析OFDM调制解调系统性能。（2）根据OFDM调制解调系统仿真基本流程图，设计并OFDM调制解调系统原理方框图，如图3.2所示：输入信号系统性能分析输出信号串并变换调制IFFT并串转换信道串并转换FFT解调并串变换噪声图3.2OFDM调制解调系统原理方框图首先，向发送端输入一个二进制信号，通过编码调制模块对输入的数据编码和调制，产生调制一个调制复数符号序列，在串并变换之前，先向序列插入辅助符号以识别OFDM载波频偏，再经串并变换模块形成N个并行的调制符号，周期为T，然后在每个周期T内，这N个并行的调制符号经过IFFT模块，将OFDM复包络的频域样值变换为时域样值，再通过并串变换模块，将并行的时域样值变换成按时间顺序排列的串行时域样值，并且通过插入保护间隔模块在每一个OFDM符号之前插入一个循环前缀作为保护间隔，以此来对OFDM符号进行定界，消除符号间串扰（ISI）和信道干扰（ICI）。最后通过D/A变换，将离散时间的复包络变成连续时间的复包络。最终将复包络的实部与虚部通过正交调制器得到OFDM信号（实带通信号），再将基带信号通过上变频搬移到RF上，经过功率放大器后发射出去。OFDM系统接收端工作的基本过程其实质是系统发送端工作的逆过程，此处不再对接收端结构图中的各模块功能进行一一赘述。结构图中，定时频率同步模块的作用是，对接收信号通过A/D变换等模块后产生的载波、采样和符号定时偏差进行补偿，以保证接受端能够正常工作。信道估计模块的作用是，估计信道的传输函数或冲击响应，从而为后续的相干解调提供所需的信道状态信息（CSI），本设计所采用的信道估计的算法为LS算法。（3）根据上述系统各个模块和发送端、接收端结构图，基于MATLAB软件平台设计系统仿真程序，编写仿真程序代码，实现上述各模块功能，完成系统基本参数设置。（4）调试运行OFDM系统仿真程序，改变系统参数，分别使用BPSK、QPSK、16QAM和64QAM四种不同的调制方式进行调制，记录信号波形与参数，分析系统性能，提出改善方案，并验证方案可行性，最后得出结论，完成论文。四、预期结果1．掌握OFDM基本原理与技术，分析OFDM技术优缺点，并根据对OFDM技术原理的理解与实现条件的掌握，提出可行性建议，并最终在毕业设计（论文）中呈现2．完成对OFDM调制与解调系统基本框图、仿真流程图的设计，完成系统仿真参数的设置，完成仿真程序代码的编写，并最终在毕业设计（论文）中呈现3．OFDM调制与解调系统仿真程序能够良好运行，根据仿真结果，分析系统性能，找出问题，提出方案并解决问题，得出结论，完成论文五、进度计划自2014年12月8日起，毕业设计（论文）进度计划以周为单位，具体安排如下：第1周：查找相关文献、资料，确立并提交选题。第2周：查阅相关资料、调查研究并撰写开题报告。第3周：完成开题报告的初步撰写，上交指导老师进行检阅与指导。第4周：根据指导老师意见完成开题报告的修改，上交指导老师进行最终确认，准备开题答辩。第5周：完成开题答辩，并根据答辩组意见开始撰写论文初稿。第6-7周：基于MATLAB平台完成系统的初步设计，并进行程序的初步编写。第8-9周：完成程序的初步运行与调试，记录相关数据与结果，上交指导老师检查与指导。第10-11周：根据指导老师意见进行程序的修改，调试并运行程序，记录系统的最终结果，上交指导老师确认。第12周：根据系统运行结果，撰写论文初稿，翻译外文资料，并准备毕业设计期中检查。第13周：完成期中检查，根据期中检查结果完成论文初稿的撰写，上交指导老师批阅。第14周：根据指导老师意见修改论文初稿，查阅相关资料，进行二稿撰写。第15-16周：完成二稿的撰写，上交指导老师确认，论文最终定稿。第17周：提交毕业设计论文电子版，准备毕业设计答辩，制作答辩文件与PPT，完成答辩。