基于MATLAB的OFDM通信系统模型仿真(开题报告)
基于Matlab平台的OFDM系统仿真分析
目录
01 引言
03 系统仿真分析
02 预备知识 04 优化与改进
引言
正交频分复用（OFDM）技术是一种广泛应用于无线通信领域中的多载波调制 技术。它凭借高谱效率、抗多径干扰能力强和频谱利用率高等优点，在4G、5G等 通信系统中扮演着关键角色。本次演示将基于Matlab平台，对OFDM系统进行仿真 分析，探究其应用优势、存在问题以及未来发展方向。
（1）抗多径干扰能力强：由于OFDM技术将高速数据流分散到多个子载波上 传输，即使某些子载波受到干扰，也不会对整个系统造成太大影响。
（2）频谱利用率高：OFDM技术通过相邻子载波之间的正交性，允许不同用 户在同一频段上同时传输数据，从而提高了频谱利用率。
（3）适用于多用户通信：OFDM技术可以与多用户接入技术相结合，实现多 个用户在同一频段上同时传输数据，提高系统整体性能。
2、OFDM系统存在的问题和不足
尽管OFDM系统具有诸多优点，但在实际应用中仍存在一些问题和不足：
（1）对信道模型的准确性要求较高：如果信道模型不准确，将导致系统性 能下降，甚至出现通信中断。
（2）易受频率偏移影响：OFDM系统对频率偏移较为敏感，即使微小的频率 偏移也会导致子载波之间的正交性破坏，从而导致系统性能下降。
（3）实现复杂度较高：OFDM系统涉及到的计算量和复杂性较其他通信系统 要高，尤其是在处理高速数据流时，需要更高的计算能力和更高效的算法。
优化与改进
针对上述问题和不足，本次演示提出以下优化和改进方案：
1、信道模型估计与跟踪
在OFDM系统中，信道模型估计与跟踪是一个重要环节。通过采用准确的信道 模型，可以有效提高系统抗多径干扰能力和频谱利用率。在实际应用中，可以采 用基于导频的训练序列法、基于循环前缀的训练序列法等信道估计方法，并通过 对训练序列进行优化设计，提高信道估计准确性。
基于matlab的ofdm通信系统设计与仿真开题报告
基于matlab的ofdm通信系统设计与仿真开题报告一、选题背景随着通信技术的不断发展，OFDM技术成为了通信系统中广泛应用的一种调制技术。
OFDM技术相对于传统的调频调幅技术具有许多优势，例如对多径衰落的敏感性更低、扩频抗干扰性能更好等等。
因此，在实际应用场景中，OFDM技术得到了越来越广泛的应用。
因此，基于matlab的OFDM通信系统设计与仿真的研究也变得越来越受到人们的关注。
二、研究内容本文拟研究基于matlab的OFDM通信系统设计与仿真技术，研究内容包括以下几个方面：1. OFDM基础本文将首先介绍OFDM技术的基础知识，例如OFDM信号的生成、调制与解调原理等等。
同时，还会介绍OFDM技术的优缺点、应用领域等相关内容，以便更好地理解OFDM 技术在通信系统中的应用。
2. OFDM通信系统设计在了解了OFDM技术的基础知识之后，本文将研究如何基于matlab实现OFDM通信系统的设计。
具体而言，将会介绍OFDM通信系统中不同模块的实现，例如QPSK调制器、加扰器、插零器、IFFT模块、CP插入模块等等。
3. OFDM通信系统仿真通过matlab的仿真工具，可以对OFDM通信系统进行全面的仿真，并得到各种参数的数据。
本文将详细介绍如何进行OFDM通信系统的仿真设计，以及如何评估OFDM通信系统的性能。
三、研究意义随着通信技术的不断发展，OFDM技术正在逐渐成为通信系统中的主流技术之一。
因此，基于matlab的OFDM通信系统设计与仿真技术的研究对于通信系统的研发和应用具有十分重要的意义。
通过本文的研究，可以更好地了解OFDM技术的应用原理、技术优势和性能表现，同时也可以更加深入地理解无线通信系统这一领域。
四、研究方法与流程本文的研究方法主要包括文献调研、matlab仿真、性能评估等方面。
具体研究流程如下：1. 文献调研：在开始研究之前，需要进行大量的文献调研，了解OFDM技术的基础知识、历史发展、应用场景等等。
基于MATLAB的MIMO-OFDM通信系统的仿真
基于MATLAB的MIMO-OFDM通信系统的仿真0 引言5G技术的逐步普及，使得我们对海量数据的存储交换，以及数据传输速率、质量提出了更高的要求。
信号的准确传播显得越发重要，随之而来的是对信道模型稳定性、抗噪声性能以及低误码率的要求。
本次研究通过构建结合空间分集和空间复用技术的MIMO信道，引入OFDM 技术搭建MIMO-OFDM 系统，在添加保护间隔的基础上探究其在降低误码率以及稳定性等方面的优异性能。
1 概述正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM）技术通过将信道分成数个互相正交的子信道，再将高速传输的数据信号转换成并行的低速子数据流进行传输。
该技术充分利用信道的宽度从而大幅度提升频谱效率达到节省频谱资源的目的。
作为多载波调制技术之一的OFDM 技术目前已经在4G 中得到了广泛的应用，5G 技术作为新一代的无线通信技术，对其提出了更高的信道分布和抗干扰要求。
多输入多输出（Multi Input Multi Output,MIMO）技术通过在发射端口的发射机和接收端口的接收机处设计不同数量的天线在不增加频谱资源的基础上通过并行传输提升信道容量和传输空间。
常见的单天线发射和接收信号传输系统容量小、效率低且若出现任意码间干扰，整条链路都会被舍弃。
为了改善和提高系统性能，有学者提出了天线分集以及大规模集成天线的想法。
IEEE 806 16 系列是以MIMO-OFDM 为核心，其目前在欧洲的数字音频广播，北美洲的高速无线局域网系统等快速通信中得到了广泛应用。
多媒体和数据是现代通信的主要业务，所以快速化、智能化、准确化是市场向我们提出的高要求。
随着第五代移动通信5G 技术的快速发展，MIM-OFDM 技术已经开始得到更广泛的应用。
本次研究的MIMO-OFDM 系统模型是5G的关键技术，所以对其深入分析和学习，对于当下无线接入技术的发展有着重要的意义。
基于MATLAB的OFDM系统仿真及分析
基于MATLAB的OFDM系统仿真及分析OFDM（正交频分复用）是一种广泛应用于无线通信系统中的多载波调制技术。
在OFDM系统中，信号被分为多个独立的子载波，并且每个子载波之间正交。
这种正交的特性使得OFDM系统具有抗频率选择性衰落和多径干扰的能力。
本文将基于MATLAB对OFDM系统进行仿真及分析。
首先，我们需要确定OFDM系统的参数。
假设我们使用256个子载波，其中包括8个导频符号用于信道估计，每个OFDM符号的时域长度为128个采样点。
接下来，我们需要生成调制信号。
假设我们使用16QAM调制方式，每个子载波可以传输4个比特。
在MATLAB中，我们可以使用randi函数生成随机的比特序列，然后将比特序列映射为16QAM符号。
生成的符号序列可以通过IFFT（Inverse Fast Fourier Transform）将其转换为时域信号。
OFDM系统的发射端包括窗函数、导频符号插入、IFFT和并行到串行转换等模块。
窗函数用于增加OFDM符号之间的过渡带，导频符号用于信道估计和符号同步。
通过将符号序列与导频图案插入到OFDM符号序列中，然后进行IFFT变换，再进行并行到串行转换即可得到OFDM信号的时域波形。
接下来，我们需要模拟OFDM信号在信道中传输和接收。
假设信道是Additive White Gaussian Noise（AWGN）信道。
在接收端，OFDM信号的时域波形通过串行到并行转换，然后进行FFT（Fast Fourier Transform）变换得到频域信号。
通过在频域上对导频符号和OFDM信号进行正交插值，可以进行信道估计和等化。
最后将频域信号进行解调，得到接收后的比特序列。
通过比较发送前和接收后的比特序列，我们可以计算比特误码率（BER）来评估OFDM系统的性能。
比特误码率是接收到错误比特的比特数与总传输比特数之比。
通过改变信噪比（SNR）值，我们可以评估OFDM系统在不同信道条件下的性能。
基于Matlab的OFDM系统仿真开题报告
一、选题的背景及意义
随着通信技术的不断成熟和发展，现代通信传输方式有很多种，但根据基本通信信道可以 分为有线和无线。有线信道信号受外界干扰小，但须铺设传输线路，网络建立麻烦；而无线信 道恰恰克服了这个缺点，但由于地面情况复杂，信道条件恶劣，对传输信号会造成很大的干扰。 而网络的迅速增长使人们对无线通信提出了更高的要求。所以必须采用更先进的技术，克服在 无线信道下的多径衰落，降低噪声和多径干扰以及有效利用频率资源。在这样的时代发展趋势 下，OFDM调制技术作为新一代无线通信技术呼之欲出。
2005 年 12 月，3GPP 经过激烈的讨论和艰苦的融合，选定了 LTE 的基本传输技术，即下行 OFDM，上行 SC(单载波关 FDMA。OFDM 由于技术的成熟性，被选用为下行标准很快就达成了共识。 而上行技术的选择上，由于 OFDM 的高峰均比(PAPR)使得一些设备商认为会增加终端的功放成本 和功率消耗，限制终端的使用时间，一些则认为可以通过滤波，削峰等方法限制峰均比。不过， 经过讨论后，最后上行还是采用了 SC 一 FDMA 方式。
OFDM是一种高效并行多载波传输技术，将所传送的高速串行数据分解并调制到多个并行的 正交子信道中，从而使每个子信道的码元宽度大于信道时延扩展，再通过加入循环扩展，保证 系统不受多径干扰引起的码间干扰（ISI）的影响,可以有效对抗多径传播。OFDM技术由于采用 DFT实现多载波调制，同时LSI的发展解决了IFFT/FFT的实现问题以及其他关键技术的突破，OFDM 开始向诸多领域的实际应用转化，成为一种很有发展前途的调制技术。
2001 年，IEEE802.16 通过了无线城域网标准，该标准根据使用频段的不同，具体可分为视 距和非视距两种。其中，使用 2-11GHz 许可和免许可频段，由于在该频段波长较长，适合非视 距传播，此时系统会存在较强的多径效应，而在免许可频段还存在干扰问题，所以系统采用了 抵抗多径效应、频率选择性衰落或窄带干扰上有明显优势的 OFDM 调制，多址方式为 OFDMA。
基于MATLAB的OFDM的仿真
一、实习目的1、熟悉通信相关方面的知识、学习并掌握OFDM技术的原理2、熟悉MATLAB语言3、设计并实现OFDM通信系统的建模与仿真二、实习要求仿真实现OFDM调制解调，在发射端，经串/并变换和IFFT变换，加上保护间隔（又称“循环前缀”），形成数字信号，通过信道到达接收端，结束端实现反变换，进行误码分析三、实习内容1.实习题目《正交频分复用OFDM系统建模与仿真》2.原理介绍OFDM的基本原理就是把高速的数据流通过串并变换，分配到传输速率相对较低的若干个子信道中进行传输。
由于每个子信道中的符号周期会相对增加，因此可以减轻由无线信道的多径时延扩展所产生的时间弥散性对系统造成的影响。
并且还可以在OFDM符号之间插入保护间隔，令保护间隔大于无线信道的最大时延扩展，这样就可以最大限度地消除由于多径而带来的符号间干扰(ISI)。
而且，一般都采用循环前缀作为保护间隔，从而可以避免由多径带来的子载波间干扰((ICI) 。
3.原理框图图1-1 OFDM 原理框图4.功能说明4.1确定参数需要确定的参数为：子信道，子载波数，FFT长度，每次使用的OFDM符号数，调制度水平，符号速率，比特率，保护间隔长度，信噪比，插入导频数，基本的仿真可以不插入导频，可以为0。
4.2产生数据使用个随机数产生器产生二进制数据，每次产生的数据个数为carrier_count * symbols_per_carrier * bits_per_symbol。
4.3编码交织交织编码可以有效地抗突发干扰。
4.4子载波调制OFDM采用BPSK、QPSK、16QAM、64QAM4种调制方式。
按照星座图，将每个子信道上的数据，映射到星座图点的复数表示，转换为同相Ich和正交分量Qch。
其实这是一种查表的方法，以16QAM星座为例，bits_per_symbol=4，则每个OFDM符号的每个子信道上有4个二进制数{d1,d2,d3,d4},共有16种取值，对应星座图上16个点，每个点的实部记为Qch。
基于MATLAB的OFDM的仿真
一、实习目的1、熟悉通信相关方面的知识、学习并掌握OFDM技术的原理2、熟悉MATLAB语言3、设计并实现OFDM通信系统的建模与仿真二、实习要求仿真实现OFDM调制解调，在发射端，经串/并变换和IFFT变换，加上保护间隔（又称“循环前缀”），形成数字信号，通过信道到达接收端，结束端实现反变换，进行误码分析三、实习内容1.实习题目《正交频分复用OFDM系统建模与仿真》2.原理介绍OFDM的基本原理就是把高速的数据流通过串并变换，分配到传输速率相对较低的若干个子信道中进行传输。
由于每个子信道中的符号周期会相对增加，因此可以减轻由无线信道的多径时延扩展所产生的时间弥散性对系统造成的影响。
并且还可以在OFDM符号之间插入保护间隔，令保护间隔大于无线信道的最大时延扩展，这样就可以最大限度地消除由于多径而带来的符号间干扰(ISI)。
而且，一般都采用循环前缀作为保护间隔，从而可以避免由多径带来的子载波间干扰((ICI) 。
3.原理框图图1-1 OFDM 原理框图4. 功能说明4.1确定参数需要确定的参数为：子信道，子载波数，FFT 长度，每次使用的OFDM 符号数，调制度水平，符号速率，比特率，保护间隔长度，信噪比，插入导频数，基本的仿真可以不插入导频，可以为0。
4.2产生数据使用个随机数产生器产生二进制数据，每次产生的数据个数为carrier_count * symbols_per_carrier * bits_per_symbol 。
4.3编码交织交织编码可以有效地抗突发干扰。
4.4子载波调制OFDM 采用BPSK 、QPSK 、16QAM 、64QAM4种调制方式。
按照星座图，将每个子信道上的数据，映射到星座图点的复数表示，转换为同相Ich 和正交分量Qch 。
其实这是一种查表的方法，以16QAM 星座为例，bits_per_symbol=4，则每个OFDM 符号的每个子信道上有4个二进制数{d1,d2,d3,d4},共有16种取值，对应星座图上16个点，每个点的实部记为Qch 。
本科毕业设计：基于MATLAB的OFDM系统仿真及分析
摘要正交频分复用(OFDM) 是第四代移动通信的核心技术。
该文首先简要介绍了OFDM的发展状况及基本原理, 文章对OFDM 系统调制与解调技术进行了解析，得到了OFDM 符号的一般表达式，给出了OFDM 系统参数设计公式和加窗技术的原理及基于IFFT/FFT 实现的OFDM 系统模型，阐述了运用IDFT 和DFT 实现OFDM 系统的根源所在,重点研究了理想同步情况下,保护时隙(CP)、加循环前缀前后和不同的信道内插方法在高斯信道和多径瑞利衰落信道下对OFDM系统性能的影响。
在给出OFDM系统模型的基础上,用MATLAB语言实现了传输系统中的计算机仿真并给出参考设计程序。
最后给出在不同的信道条件下,研究保护时隙、循环前缀、信道采用LS估计方法对OFDM系统误码率影响的比较曲线,得出了较理想的结论。
关键词:正交频分复用;仿真;循环前缀;信道估计Title: MATLAB Simulation and Performance Analysis of OFDM SystemABSTRACTOFDM is the key technology of 4G in the field of mobile communication. In this article OFDM basic principle is briefly introduced.This paper analyzes the modulation and demodulation of OFDM system, obtaining a general expression of OFDM mark, and giving the design formulas of system parameters, principle of windowing technique, OFDM system model based on IFFT/FFT, the origin which achieves the OFDM system by using IDFT and DFT. Then, the influence of CP and different channel estimation on the system performance is emphatically analyzed respectively in Gauss and Rayleigh fading channels in the condition of ideal synchronization. Besides, based on the given system model OFDM system is computer simulated with MATLAB language and the referential design procedure is given. Finally, the BER curves of CP and channel estimation are given and compared. The conclusion is satisfactory.KEYWORDS:OFDM; Simulation; CP; Channel estimation目次1 概述 (1)1.1 OFDM的发展及其现状 (2)1.2 OFDM的优缺点 (2)2 OFDM的基本原理 (4)2.1基于IFFT/FFT 的OFDM 系统模型 (4)2.2 OFDM信号的频谱特性 (7)2.3 0FDM 系统调制与解调解析 (8)2.4 加窗 (10)3 循环前缀及信道估计对系统误码率的改善分析 (13)3.1循环前缀 (13)3.2 OFDM系统的峰值平均功率比 (17)3.3信道估计 (18)3.3.1信道估计概述 (18)3.3.2基于导频的信道估计方法 (19)3.3.3信道的插值方法 (20)3.3.4仿真结果及分析 (21)结论 (22)致谢 (23)参考文献 (24)附录 (26)1 概述随着移动通信和无线因特网需求的不断增长，越来越需要高速无线系统设计，而这其中的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。
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设计方案：整个系统的流程为:产生二进制数据→经过RS编码→QPSK调制→OFDM系统基带信号调制并加入循环前缀→插入保护间隔→并/串变换→多径瑞利衰落信道→高斯信道→串/并变换→删除保护间隔→OFDM系统基带信号解调并删除循环前缀→进行信道估计→进行信道补偿→进行0删除→QPSK解调→RS译码→进行误码率计算.
主要参考资料：
[1]胡汉才 单片机原理及接口技术[M ]北京:清华大学出版社 ,1996
[2]Takeshita O Y, Fossorier M P C, Costello D J Jr. A new techniquefor computing the weight spectrum of turbo codes[J]. IEEETrans . Commun , 2000,41(5):251-253.
论文(设计)开题报告书
题目＿基于MATLAB的OFDM＿＿＿
＿通信系统模型仿真＿＿＿＿＿
学生姓名＿＿崔剑＿＿＿＿＿＿＿
学号
专业班级＿＿应用电子09201班＿＿
指导教师＿＿毛小燕＿
2012年3月10日
论文（设计）题目
基于MATLAB的OFDM通信系统模型仿真
课题目的、意义及相关研究动态：
目的、意义：随着通信要求的不断增长和技术上的不断进步,宽带化已成为当今通信技术领域的主要发展方向之一。在短波电离层反射信道、对流层散射信道、移动信道、广播信道等实际信道中,由于云层、山脉和城市中林立的高层建筑的影响,会产生多径衰落现象,引起严重的符号干扰（ Intersymbol Interference ,ISI） ,限制了信息传输速率的提高。传统方法是使用自适应均衡技术来解决多径衰落的问题,但是自适应均衡器的制作、调试往往成为通信系统研制的瓶颈,而且随着传输带宽的不断增加,复杂度和成本也不断增加。正因为如此,在无线宽带接入以及第四代移动通信中OFDM技术将成为继CDMA之后的又一核心技术。OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)即正交频分复用技术，实际上OFDM是MCM Multi-CarrierModulation，多载波调制的一种。
[13]段炳玺 基于System View与MATLAB的OFDM仿真及研究 [D]兰州大学，2009
指导教师意见：
签名：年月日
开题报告会纪要
时间
地点
与
会人Biblioteka 员姓名职务（职称）
姓名
职务（职称）
姓名
职务（职称）
会议记录摘要：
会议主持人：
记录人：
年月日
教学院工作小组意见
负责人签名：
年月日
[3]Li Ye. Pilot-Symbol-aided Channel Estimation for OFDM inWireless Systems[J].IEEE Transactions on VehicularTechnology, 2000,49(04):1207-1215.
[4]邱关源 电路 (第四版 ) [M]北京: 高等教育出版社,2001
[10]王乾 基于MATLAB/SIMULINK的多载波无线通信系统仿真及性能分析 [D]中国海洋大学，2007
[11]孙志雄 基于MATLAB的OFDM系统仿真分析[J].信息技术，2007，（12）：155-160.
[12]秦连铭 王香丽 OFDM技术应用现状及前景展望[J].中国科技信息，2009，（21）：26-27.
论文撰写提纲：1.设计目的、摘要、关键词。
2.总体设计
3.硬件设计
4.软件设计
5.参考文献
完成期限和预期进度：
2012年2月—2012年3月查阅资料
2012年3月—2012年3月15日设计方案确定
2012年3月—2012年4月论文定稿
2012年4月—2012年4月15日完成系统仿真
2012年4月20日参加毕业答辩
研究方法、设计方案或论文撰写提纲：
研究方法：要进行OFDM系统的研究,需建立一个完整的OFDM系统.我们采用MATLAB搭建一个OFDM链路层系统模型.由于多径衰落下的OFDM信道多出现突发错误,而RS编码特别实用于纠正突发错误,因此采用RS编解码.同时,发射端采用QPSK调制方式,接受端采用相干解调.考虑到Rayleigh衰落和高斯信道对信号的畸变,采用信道估计和信道补偿策略.
在上个世纪60年代已经提出了使用平行数据传输和频分复用(FDM)的概念。1970年，美国发明和申请了一个专利，其思想是采用平行的数据和子信道相互重叠的频分复用来消除对高速均衡的依赖，用于抵制冲激噪声和多径失真，而能充分利用带宽。这项技术最初主要用于军事通信系统。但在以后相当长的一段时间，OFDM理论迈向实践的脚步放缓了。由于OFDM各个子载波之间相互正交，采用FFT实现这种调制，但在实际应用中，实时傅立叶变换设备的复杂度、发射机和接收机振荡器的稳定性以及射频功率放大器的线性要求等因素部成为OFDM技术实现的制约条件。在二十世纪80年代，MCM获得了突破性进展，大规模集成电路让FFT技术的实现不再是难以逾越的障碍，一些其它难以实现的困难也部得到了解决，自此，OFDM走上了通信的舞台，逐步迈向高速数字移动通信的领域
课题的主要内容（观点）、创新之处：
其主要思想是：将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到在每个子信道上进行传输。正交信号可以通过在接收端采用相关技术来分开，这样可以减少子信道之间的相互干扰ICI。每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此每个子信道上的可以看成平坦性衰落，从而可以消除符号间干扰。而且由于每个子信道的带宽仅仅是原信道带宽的一小部分，信道均衡变得相对容易。在向B3G/4G演进的过程中，OFDM是关键的技术之一，可以结合分集，时空编码，干扰和信道间干扰抑制以及智能天线技术，最大限度的提高了系统性能。包括以下类型：V-OFDM,W-OFDM,F-OFDM,MIMO-OFDM,多带-OFDM。
[7]黄永安 马路 刘慧敏 MATLAB 7.0/Simulink 6.0建模仿真开发与高级工程应用 [M]北京：清华大学出版社，2006
[8]王正林王胜开 MATLAB/Simulink与控制系统仿真 [M]北京：电子工业出版社，2007
[9]王华 李有军 刘建存 MATLAB电子仿真与应用教程 [M]北京：国防工业出版社，2007
[5]王文博 郑侃 宽带无线通信OFDM技术 [M]北京：人民邮电出版社，2003
[6]Nikopour Hosein. Turbo-Coded OFDM Transmission Over a Nonlinear Channel[J].IEEE Transactions on Vehicular Technology，2005,54(04):1361-1371.