基于MATLAB的OFDM接收系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真 通信工程專(zhuān)業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 畢業(yè)論文.doc

本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題目：基于MATLAB的OFDM接收系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真學(xué)院電子信息工程學(xué)院學(xué)科門(mén)類(lèi)工學(xué)專(zhuān)業(yè)通信工程學(xué)號(hào)姓名指導(dǎo)教師2011年5月12日裝訂線河北大學(xué)2011屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）基于MATLAB的OFDM接收系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真摘要OFDM即正交頻分復(fù)用技術(shù)，實(shí)際上是多載波調(diào)制中的一種。其主要思想是：將信道分成若干正交子信道，將高速數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換成并行的低速子數(shù)據(jù)流，調(diào)制到相互正交且重疊的多個(gè)子載波上同時(shí)傳輸。該技術(shù)的應(yīng)用大幅度提高無(wú)線通信系統(tǒng)的信道容量和傳輸速率，并能有效地抵抗多徑衰落、抑制干擾和窄帶噪聲，如此良好的性能從而引起了通信界的廣泛關(guān)注。本文設(shè)計(jì)了一個(gè)基于FFT算法的OFDM接收系統(tǒng)，并在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行了仿真和結(jié)果分析。重點(diǎn)放在OFDM接收系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真，在這部分詳細(xì)介紹了系統(tǒng)各模塊的組成及設(shè)計(jì)機(jī)理，然后對(duì)OFDM信號(hào)經(jīng)過(guò)AWGN信道后進(jìn)行解調(diào)，整個(gè)過(guò)程都是在MATLAB環(huán)境下仿真實(shí)現(xiàn)，并對(duì)接收系統(tǒng)的仿真結(jié)果及性能進(jìn)行分析，通過(guò)仿真得到信噪比與誤碼率之間的關(guān)系，為該系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)提供了大量有用數(shù)據(jù)，為OFDM通信系統(tǒng)的進(jìn)一步改進(jìn)奠定了基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞：正交頻分復(fù)用；MATLAB；接收系統(tǒng)；設(shè)計(jì)仿真河北大學(xué)2011屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）OFDMReceiverDesignandSimulationBasedonMATLABABSTRACTOFDM,whichisshortforOrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing,isactuallyoneofthemulti-carriermodulations.ThemainideaofOFDMistosplitthechannelintoanumberoforthogonalsubchannelsandthehigh-speeddatasignalsintoanumberofparallellow-speeddatasignalsthataretransmittedsimultaneouslyovernumbersofsubcarriers.Thistechnologygreatlyimprovesthechannelcapacityandtransmissionrateofthewirelesscommunicationsystemandeffectivelyresiststomultipathfadinginterferenceandinhibitsnarrowbandnoise.Suchagoodperformancehasbroughtwidespreadconcerninthecommunicationarea.Inthisthesis,basedontheFFTalgorithm,anOFDMreceiversystemisdesignedandsimulatedonacomputer.ThisarticlefocusesontheOFDMreceiverdesignandsimulationanddetailsthecomponentsanddesignofeachmoduleofthesystem,andthenthedemodulationoftheOFDMsignalstransmittedthroughAWGNchannel.TheentireprocessisrealizedundertheMATLABsimulationenvironment.Andthenitanalyzesthereceiversystemsimulationresultsandperformance,throughwhichwegettherelationbetweenSNR(signaltonoise)andBER(biterrorrate),providingagreatnumbersofusefuldatasfortheconcreterealizationofthesystem,andlayingasolidfoundationforfurtherimprovementofOFDMcommunicationsystem.Keywords：OFDM(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing)；MATLAB；ReceiverSystem；DesignandSimulation河北大學(xué)2011屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）目錄1引言.11.1課題研究背景及意義.11.2課題發(fā)展歷程現(xiàn)狀及前景.21.3可行性分析.21.4本文主要研究工作和內(nèi)容安排.22OFDM基帶系統(tǒng)的原理.42.1單載波與多載波通信系統(tǒng).42.1.1單載波通信系統(tǒng).42.1.2多載波通信系統(tǒng).42.2頻分復(fù)用與正交頻分復(fù)用.52.2.1頻分復(fù)用(FDM).52.2.2正交頻分復(fù)用(OFDM).62.3OFDM技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)分析.72.4OFDM技術(shù)的基本理論及算法.82.4.1OFDM基本原理.82.4.2OFDM基礎(chǔ)理論.82.4.3OFDM核心算法.103OFDM接收系統(tǒng)設(shè)計(jì).113.1OFDM整體基帶系統(tǒng)框圖.113.2OFDM接收系統(tǒng)設(shè)計(jì).123.2.1串并變換.12河北大學(xué)2011屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）3.2.2去循環(huán)前綴CP.123.2.3FFT.133.2.4并串變換.143.2.516QAM解調(diào).154基于MATLAB的OFDM接收系統(tǒng)仿真.164.1仿真環(huán)境MATLAB介紹.164.2仿真參數(shù)設(shè)置.164.2.1OFDM系統(tǒng)參數(shù)選擇.164.2.2參數(shù)設(shè)置.164.3仿真程序分析.174.3.1仿真接收系統(tǒng)信號(hào)程序流程圖.174.3.2待接收OFDM信號(hào).184.3.3信道模型.214.3.4串并變換/并串變換.224.3.5去循環(huán)前綴CP.224.3.6快速傅里葉變換FFT.234.3.716QAM解調(diào).244.4仿真結(jié)果分析.254.4.1比特率.254.4.2頻譜效率.254.4.3誤碼率分析.254.4.4仿真結(jié)果.25河北大學(xué)2011屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）5總結(jié).28參考文獻(xiàn).29致謝.30河北大學(xué)2011屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）11引言1.1課題研究背景及意義由于OFDM技術(shù)的可實(shí)現(xiàn)性，在二十世紀(jì)90年代，OFDM廣泛應(yīng)用干各種數(shù)字傳輸和通信中，如廣播式音頻、視頻領(lǐng)域和民用通信系統(tǒng)，主要的應(yīng)用包括：非對(duì)稱(chēng)的數(shù)字用戶環(huán)路（ADSL）、ETSI標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字音頻廣播（DAB）、數(shù)字視頻廣播（DVB）、高清晰度電視（HDTV）、無(wú)線局域網(wǎng)（WLAN）等。1999年，IEEE802.lla通過(guò)了一個(gè)5GHz的無(wú)線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，其中OFDM調(diào)制技術(shù)被采用為物理層標(biāo)準(zhǔn)，使得傳輸速率可以達(dá)54Mbps。這樣，可提供25Mbps的無(wú)線ATM接口和10Mbps的以太網(wǎng)無(wú)線幀結(jié)構(gòu)接口，并支持語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、圖像業(yè)務(wù)。這樣的速率完全能滿足室內(nèi)、室外各種應(yīng)用場(chǎng)合。歐洲電信組織(ETSI)的寬帶射頻接入網(wǎng)的局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)HiperiLAN2也將OFDM定為它的調(diào)制標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。進(jìn)入21世紀(jì)，無(wú)線移動(dòng)通信業(yè)務(wù)從語(yǔ)音，數(shù)據(jù)到圖像，服務(wù)質(zhì)量(QoS)和傳輸速率的要求也越來(lái)越高，寬帶化已成為當(dāng)今通信技術(shù)領(lǐng)域的主要發(fā)展方向。由于在諸如移動(dòng)信道，廣播信道等實(shí)際信道中，會(huì)產(chǎn)生多徑衰落現(xiàn)象，引起嚴(yán)重的碼間干擾(ISI)，從而限制了傳輸速率的提高。傳統(tǒng)解決辦法是采用自適應(yīng)均衡技術(shù)來(lái)對(duì)抗多徑衰落。但隨著傳輸帶寬的不斷增加，均衡器的制作越來(lái)越復(fù)雜，成本也在不斷提高。為了有效地利用有限的頻率資源，以滿足高速率，大容量的業(yè)務(wù)需求，必須采用專(zhuān)門(mén)的技術(shù)，以克服無(wú)線信道多徑衰落，降低對(duì)均衡器的依賴，降低噪聲，從而達(dá)到改善系統(tǒng)性能的目的。在眾多技術(shù)中，正交頻分復(fù)用(OFDM)技術(shù)顯出了其優(yōu)越的性能。OFDM自身具有良好的有效對(duì)抗載波間干擾和碼間干擾的性能，因此很快成為一種無(wú)線通信領(lǐng)域里的高速傳輸技術(shù)，引起了廣泛關(guān)注。2004年11月，根據(jù)眾多移動(dòng)通信運(yùn)營(yíng)商、制造商和研究機(jī)構(gòu)的要求，3GPP通過(guò)被稱(chēng)為L(zhǎng)ongTermEvolution(LTE)即“3G長(zhǎng)期演進(jìn)”立項(xiàng)工作。項(xiàng)目以制定3G演進(jìn)型系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范作為目標(biāo)。3GPP經(jīng)過(guò)激烈的討論和艱苦的融合，終于在2005年12月選定了LTE的基本傳輸技術(shù)，即下行OFDM，上行SC(單載波)-FDMA。OFDM由于技術(shù)的成熟性，被選用為下行標(biāo)準(zhǔn)很快就達(dá)成共識(shí)。而上行技術(shù)的選擇上，由于OFDM的高峰均比(PAPR)使得一些設(shè)備商認(rèn)為會(huì)增加終端的功放成本和功率消耗，限制終端的使用時(shí)間，一些則認(rèn)為可以通過(guò)濾波，削峰等方法限制峰均比。不過(guò)經(jīng)過(guò)討論后，最后上行還是采用了SC-FDMA方式。擁有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的3G標(biāo)準(zhǔn)TD-SCDMA在LTE演進(jìn)計(jì)劃中也提出了TD-CDM-OFDM的方案B3G/4G是ITU提出的目標(biāo)，并希望在2010年予以實(shí)現(xiàn)。B3G/4G的目標(biāo)是在高速移動(dòng)環(huán)境下支持高達(dá)