基于MATLAB的OFDM系统设计与仿真

1基于MATLAB的OFDM系统设计与仿真摘要：随着通信产业的逐步发展，4G时代已经来临。作为第四代移动通信技术的核心，OFDM得到了前所未有的关注。它具有频谱利用率高、抗干扰能力强等优点。本文首先简要介绍了OFDM的发展状况以及优缺点，然后详细分析了OFDM的工作原理及其相应的各个模块，并介绍了它的关键技术。最后，分别利用M函数和Simulink做了OFDM系统的设计与仿真，并对误码率进行了分析，得到了BER性能曲线。关键词：正交频分复用；MATLAB；仿真；BERDesignandSimulationofOFDMSystemBasedonMATLABAbstract:Withthegradualdevelopmentofthecommunicationindustry,4Gerahascome.Asthekeytechnologyofthefourthgenerationmobilecommunications,OFDMhasreceivedunprecedentedattention.Ithasahighspectrumutilization,strongabilityofanti-interferenceandsoon.ThisarticledescribesthedevelopmentofOFDMandit’sadvantagesanddisadvantagesbriefly,analysistheworkingprinciplesofOFDMandeachmoduledetailed,anddescribesit’skeytechnology.Atlast,designandsimulateOFDMsystemwiththeMfunctionandSimulinkseparately,analysistheerrorrateandobtainBERperformancecurve.Keywords:OFDM;MATLAB;Simulation;BER2目录1引言...................................................................................................................41.1OFDM概述.....................................................................................................41.1.1OFDM技术发展历史..................................................................................41.1.2OFDM技术的优缺点..................................................................................52OFDM基本原理及关键技术............................................................................52.1OFDM基本原理及系统构成.........................................................................52.1.1OFDM基本原理..........................................................................................52.1.2串并转换.....................................................................................................62.1.3调制与解调.................................................................................................62.1.4保护间隔与循环前缀.................................................................................82.2OFDM的关键技术.......................................................................................102.2.1信道估计概述...........................................................................................102.2.2基于导频的信道估计方法.......................................................................102.2.3信道的插值方法.......................................................................................113OFDM的系统设计与仿真..............................................................................123.1MATLAB概述..............................................................................................123.2OFDM系统设计与仿真...............................................................................123.2.1随机序列的产生.......................................................................................123.2.2串并转换...................................................................................................143.2.3QPSK调制.................................................................................................143.2.4QPSK调制星座图.....................................................................................143.2.5IFFT/FFT运算...........................................................................................153.2.6保护间隔和循环前缀...............................................................................163.2.7并串转换...................................................................................................163.2.8加入高斯白噪声.......................................................................................173.2.9QPSK解调.................................................................................................173.2.10接收信号.................................................................................................183.3系统误码率的分析......................................................................................1833.4基于Simulink的系统仿真..........................................................................194总结.................................................................................................................21参考文献.............................................................................................................21附录.....................................................................................................................2241引言1.1OFDM概述随着移动通信和无线网需求的不断增长，需要越来越高速的无线系统设计，而这其中一个最直接的挑战就是克服无线信道带来的严重的频率选择性衰落。正交频分复用(OFDM)技术可以很好地克服无线信道的频率选择性衰落。由于其简单高效，OFDM已成为实现高速无线通信系统中最核心的技术之一。OFDM(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing)是一种特殊的多载波传输方式，由于各子载波之间存在正交性，允许子信道的频谱互相重叠，与常规的频分复用系统相比，OFDM可以最大限度的利用频谱资源，使得频谱利用率提高近一倍。同时它把高速数据通过串并转换，使得每个子载波上的数据符号持续长度相对增加，降低了子信道的信息速率，将频率选择性衰落信道转换为平坦衰落信道，从而具有良好的抗噪声、抗多径干扰的能力，适合在频率选择性衰落信道中进行高速数据的传输。此外，在OFDM中引入循环前缀，克服了OFDM相邻块之间的干扰(IBI)，保持了载波间的正交性，同时循环前缀长度大于信道扩展长度，有效地抑制了码间干扰(ISI)。可以看出，OFDM技术抗多径能力强、频谱利用率高、易于实现的优势，对短波数据通信具有广阔的应用价值，为提高短波通信频谱利用率和传输速率提供了新的解决方案[1]。1.1.1OFDM技术发展历史正交频分复用技术己有近40年的发展历史，其概念最早出现于20世纪50年代中期。20世纪60年代，人们对多载波调制(MCM)技术进行了许多理论上的研究，形成了并行数据传输和频分复用的思想。20世纪80年代，人们对多载波调制在高速Modem、数字移动通信等领域中的应用进行了较为深入的研究。到了90年代，数字信号处理技术和超大规模集成电路的飞速发展，又为OFDM技术的实现扫除了障碍。此时，OFDM技术终于登上了通信的舞台。1999年12月，包括Ericsson，Nokia和Wi-LAN在内的7家公司发起了国际OFDM论坛，致力于策划