正交频分复用通信系统设计及其性能研究

正交频分复用通信系统设计及其性能研究

年级:

学号:

姓名:

专业:

指导老师:

二零一五年五月

摘要

由于OFDM技术出现了近四十年的时间，该技术在移动通信上已经得到快速发展。本论文主要研究OFDM系统的应用，介绍了OFDM技术的基本概念和发展历程，并简要阐述OFDM在无线移动技术中的发展前景。在介绍OFDM原理的同时，比较FDM与OFDM 的异同点，认识保护间隔和循环前缀对OFDM的意义，简述OFDM的优势和缺点，了解OFDM的关键技术，研究OFDM频域和时域的波形图，利用加窗技术来提高OFDM的功率谱密度。

关键字：正交频分复用；码间干扰；循环前缀；高斯白噪声

Abstract

Because of OFDM technology emerged about forty years, it has developed rapidly in the field of mobile communications,This thesis mainly studies the application of OFDM system, introduces the basic concepts and development of the OFDM technology, besides, the thesis also describes the future development in wireless mobile technology. While introduce the principles of OFDM, comparing the similarities and differences between FDM and OFDM, understanding the significance of protection interval and cyclic prefix in OFDM,I described the advantages and disadvantages of OFDM briefly, and known the key technologies of OFDM,studied the domain waveform figure OFDM frequency domain and time domain, by using the window technology to improve the power spectral density of OFDM.

Keywords: OFDM; ISI; CP; WGN

目录

摘要............................................................... II Abstract ............................................................. III 第1章绪论 (1)

1.1本文研究的背景及意义 (1)

1.2本文的发展历程及现状 (1)

1.3本文的主要容 (2)

第2章 OFDM系统的基本介绍 (3)

2.1 OFDM的基本原理 (4)

2.1.1 OFDM的产生和发展 (4)

2.1.2 IDFT/DFT的实现 (5)

2.1.3保护间隔和循环前缀 (5)

2.2 OFDM系统的优缺点 (6)

2.3 OFDM系统的关键技术 (7)

第3章 OFDM系统载波实现过程及仿真介绍 (8)

3.1 OFDM子载波调制过程 (8)

3.2 OFDM符号的形成和加窗技术 (11)

3.3 OFDM系统的仿真星座图的形成 (13)

第4章仿真结果及分析 (15)

4.1 OFDM系统有无频偏的性能比较 (15)

4.2循环前缀在多径信道的OFDM性能比较 (16)

4.3 OFDM系统的仿真波形图分析 (17)

4.4仿真结果分析 (22)

第5章总结 (23)

致 (24)

参考文献 (25)

附录1 程序 (27)

第1章绪论

1.1本文研究的背景及意义

移动通信是现代通信系统是现代移动通信系统的一部分，不仅包括有线和无线通信技术，而且集中了网络接收发送和计算机技术的许多研究成果。现在大多数的移动通信从模拟通信到数字移动通信的发展，以及通信正朝着一个更高级的发展阶段[1]。而在将来移动通信的方向则是完成5W，即能在任何时间、任何方位、任何人向任何人或移动配置供应迅速可靠的通信[2]。由于人们对信息量的需要越来越大，无线移动通信随即来到了一个迅速发展时代。二十一个世纪以来，由于无线通信网络和互联网的结合使用，国外移动通信技术的发展速度更为明显，使世界网络资源发展更加快速。正交频分复用OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing）技术就是移动通信中的关键的转变之一。

1.2本文的发展历程及现状

OFDM属于是多载波传输系统，起源于上个世纪70年代，当时Weinstein和Ebert 等人把离散傅里叶变换DFT（Discrete Fourier Transform）和快速傅里叶变换从而提出了正交频分复用系统[5]。

个基点，当带宽的接收天线[8]。

1.3本文的主要容

本论文主要介绍OFDM系统及其MATLAB仿真。

论文的第一章介绍了论文的研究的方向、论文的目的和意义，然后主旨说明OFDM 的发展历程，对OFDM的发展前景做一个简要阐述。

论文第二章主要介绍论文中研究OFDM系统的原理、优缺点和关键技术；并对OFDM 的循环前缀和保护间隔作大体概述

论文第三章说明OFDM系统的子载波调制实现过程，加窗技术对OFDM技术功率谱密度的影响，并对形成星座图的过程进行简述。

论文第四章是分析OFDM经过MATLAB仿真结果，并对波形图作对比分析，得出仿

真结果。

论文第五章结束章节是整体论文的总结，最后分别是致、参考文献和附录，这就是本篇论文的大体结构。

第2章 OFDM系统的基本介绍

OFDM技术，与FDM原理相似，OFDM通过串行并行变换的高速数据流，分配到几个频率子信道[11]。OFDM和FDM的主要区别是：

一是在传统的广播系统，每个无线电台在不同的频率发送信号，以确保FDM分隔每个的有效使用，每个站点不同位或同步广播系统；当使用OFDM通信技术的时候，每一个单一的复用数据流被组合成多个无线站台的信息信号，而且多个子载波也组成了该数据，然后在OFDM系统中进行传输，在所有子载波的OFDM信号在时间和频率同步，所以不允许有子载波之间互相存在干扰。

图2-1 FDM与OFDM调制技术的比较

2.1 OFDM 的基本原理

2.1.1 OFDM 的产生和发展

OFDM 的提出已经接近四十年的时间，只是由于模拟滤波器实现起来的系统复杂度较高等各种原因，所以一直没有得到很好的应用起来；直到70到90年代，被逐渐利用DFT 来实现多载波的影响，才为此OFDM 系统实际应用打下了基础；在此期间，L.J.Cimini 也分析OFDM 系统的问题和具体解决方案[12]。自那以后，OFDM 的移动通信才得到迅速发展。

图2-2 OFDM 收发机框原理框图

2.1.2 IDFT/DFT 的实现

DFT 的时域和频域是紧密结合的，不同的环境选择的的傅立叶变换形式是不同的。DFT 为一个常规变换方法，其中对时域和频域上的信号进行采样。

对于N 较大的系统，OFDM 可以用离散傅立叶逆变换（IDFT ）来完成[15]。对信号)(t s 以N T 进行抽样，令N kT t =)1,,1,0(-???=N k ，得到:

()??? ??==∑-=N ik j d N kT s s N i i k π2ex p 10(2-1)