开题报告 基于matlab的OFDM系统仿真

4. 完成本课题的工作方案及进度计划（按周次填写）
课题完成的工作进度计划是：
1—2 周 前期资料准备，查阅相关文献准备开题，完成开题报告。
3—7 周 对查找的资料进行全面的学习和掌握，并细化设计内容。
8—13 周 对整个课题进行深入细致的研究，实现改进算法。
14—15 周 对系统进行软件设计、软件调试，并不断完善。
1.2 研究意义及国内外相关研究情况
1966 年，R.W.Chang 分析了在多载波通信系统中如何使经过滤波后带限的子 载波保持正交。随后不久 B.R.Saltzberg 给出了一篇性能分析的文章，他指出在设 计一个有效的并行传输系统时，应该把注意力更多地集中在减少相邻信道的串扰 上，而不是使各个独立的信道工作得更好，因为此时信道串扰是造成信号失真的 主要因素。1971 年，S.B.Weinstein 和 P.M.Ebert 提出用傅立叶变换(DFT)进基带 OFDM 调制和解调。通过 DFT 进行 OFDM 基带调制和解调避免了生成多个子载 波和多个窄带带通滤波器，使系统的模拟前端由多个变为一个，同时由于 DFT 可以用 FFT 来快速实现，这进一步降低了系统实现的复杂度。为对抗符号间干扰 和载波闻干扰，他们提出在符号间插入一段空白时隙作为保护间隔。他们的系统 虽然没有能在色散信道中获得很好的子载波正交性，但对 OFDM 仍是一个很大 贡献。另一个重要贡献来自 A.Peled 和 A.Rmz，他个人提出了采用循环前缀来解 决色散信道中子载波间的正交性问题。当信道响应长度小于循环扩展时，循环前 缀的存在使信号与信道响应的线性卷积变成循环卷积，从而使色散 OFDM 信号 可以通过频域单点均衡进行去相关。当然，循环扩展的引入会导致少量的信噪比 损失。由于无线信道的多径传播会使宽带 OFDM 信号产生频率选择性衰落，导 致各个子信道上的信噪比不同，因此实际的 OFDM 系统都是与交织、纠错编码 结合在一起，形成编码的正交频分复用(COFDM)。交织和编码能够使 OFDM 系 统获得良好的频率和时间二维分集。
F(t) 扰码
卷积 编码
交织
数字 调制
插入 导频
串/并
IFFT
插 入 循 环 前 并/串
信
RF TX
数/模
缀和加窗
道 RF RX
模/数
定时和频率 去循环前缀
同步
R(t)
解扰
解V交B 织译码
数字 解调
信道 校正
并/串
串/并 FFT
图 1-1 OFDM 收发原理框图 2.2 主要内容和拟采用的研究方案、研究方法或措施
现代移动通信发展至今，已经经历了三代，而 3G 的后续技术也在加速研究 中。目前，国际标准化组织正在推动无线传输技术从 2Mb/s 的传输速率向 100Mb/s 和 1000Mb/s 的目标发展，对 4G 的定义也已经逐渐清晰起来。基本上 可以确定，OFDM/OFDMA、MIMO 和智能天线等技术将成为 4G 的主流技术。
同步是决定 OFDM 系统高性能十分重要的方面。实际 OFDM 系统都有同步 过称，主要的同步方法有使用导频、循环前缀和忙算法三种。研究目的为同步的 可以详细实现本步，基本的方针可以略过此步，假设接收端已经于发射端同步。
2.2.11 去掉循环前缀 根据同步得到的数据，分别将给每个符号的同相分量和正交分量开头的保 护间隔去掉。 2.2.12 FFT 与发送端的 IFFT 互为逆变换。 2.2.13 子载波解调
毕业设计(论文)开题报告
题目：基于 Matlab 的 OFDM 系统仿真
院（系） 电子信息工程学院 专业 班级 姓名 学号 导师
2012 年 2 月 26 日
1. 毕业设计（论文）综述（题目背景、研究意义及国内外相关研究情况）
1.1 题目背景
OFDM 是一种特殊的多载波频分复用(FDM)技术。在传统的多载波频分复用 系统中，各个子信道采用不同的载波并行传送数据，子载波之间间隔足够远，采 用隔离带来防止频谱重叠，故频谱效率很低。在均衡器未被采用以前，人们就是 用这种多载波方式在时间色散信道中进行高速通信的。研究关于实现 OFDM 的 技术很多， 实际应用中的 OFDM 复杂度很高。因此， 建立适合自己研究方向 的 OFDM 模型， 无论是为了理解 OFDM 技术的理论，还是对后续的 OFDM 与 其他技术相结合的研究工作，都有着非常重要意义。也由于它的简单高效，使之 成为第四代移动通信中最重要的技术之一。
OFDM 的原理主要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) 。
16—18 周 总结课题，完成毕业论文，准备答辩。
19 周—
准备答辩。
参考文献
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干扰。它表现为对信号的某些频率成分衰减严重，而对另外一些频率成分有较高
的增益。为克服这类衰落，一个wenku.baidu.com自然的想法是在信道上划分多个子信道，使每
一个子信道的频率特性都近似于平坦，使用这些独立的子信道传输信号并在接收
机中予以合并，以实现信号的频率分集，这就是多载波调制的基本思想。在无线
通信中应用最广的是 OFDM 多载波调制技术，它的每一个子载波都是正交的，
2.2.1 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）。 2.2.2 产生数据 使用随机数产生器产生一个 m 序列。 2.2.3 编码、交织 交织编码可以有效地抗突发干扰。分别用编码器、交织器实现。 2.2.4 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。 2.2.5 串并转换和并串转换 串并转换是将一路高速数据转换成多路低速数据，用解复用模块实现。而并 串转换刚好与之相反。 2.2.6 IFFT 在实际运用中， 信号的产生和解调都是采用数字信号处理的方法来实现的， 此时要对信号进行抽样， 形成离散时间信号。IDFT 可以采用快速反傅立叶变换 (IFFT)来实现得到更快的处理速度。 2.2.7 插入循环前缀 插入循环前缀也就是加入保护间隔，由 IFFT 运算后的每个符号的同相分量和 正交分量分别转换为串行数据，并将符号尾部 G 长度的数据加到头部，构成循环 前缀。如果加入空的间隔，在多径传播的影响下，会造成载波间干扰 ICI。保护 见个的长度 G 应该大于多径时的扩张的最大值。利用循环前缀和加入特殊的 OFDM 训练符号等方法，可以较好的时间同步和频率同步。
2. 本课题研究的主要内容和拟采用的研究方案、研究方法或措施 2.1 OFDM 的基本原理 发送端把被传输的数字信号转换成子载波幅度和相位的映射，并将进行快
速傅利叶反变换（IFFT）或者离散傅里叶反变换（IDFT）（IFFT 的计算效率比 IDFT 高）将数据的数据的频谱表达式变到时域上。如图 1-1 所示，上半部分是发送的 链路的框图，下半部分是接受的链路的框图。
提高了频谱的利用率。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，最大限度的消除由于多径带来的符号间干扰。
3.2 前期已开展工作
复习了 matlab 语言编程基方法，并熟练掌握 simulink。查询资料搜集相关资
料，通过仔细研究基本了解 OFDM 的基本原理、实现方法和过程。
FFT 后的同相粉脸感和正交分量两组数据在星座图上对饮高 的点，由于噪声和信道的影响，不再是严格的发送端的星座图。将得到的星座图 上的点按照最近原则判决为原星座图上的点，并按映射规则还原为一组数据。解 调也有很多方法，例如：差分解调、相干解调。
2.2.14 解交织、解码 按照编码交织对应解码，解交织的方法，还原为原始数据，可以由解码器和 解交织其实现。进行纠错处理，同时比较第 2 步产生的数据和接收到的数据，计 算误码率 BER 3. 本课题研究的重点及难点，前期已开展工作 3.1 研究的重点及难点 在进行傅里叶变换和傅里叶反变换时，时域和频域的转换是一个很重要和关 键的环节。 在宽带无线通信系统中，影响高速信息传输的最主要一类干扰是频率选择性
实际上一个 OFDM 的形成可以遵循以下过程：首先，在 N1 个经过数字调制 的符号后面补零，构成 N2 个输入样值序列，再进行 IFFT 计算。然后，IFFT 输 出的最后 L1 个样值被插入到 OFDM 符号的最前面，而且 IFFT 输出的最前面 L1 个样值被插入到 OFDM 符号的最后面。最后，OFDM 符号与升降余弦函数时域 相乘，使得系统宽带之外的功率可以快速下降。再经过数模转换、射频调制，最 后发送。
2.2.8 加窗（windowing） 加窗是为了降低系统的 PAPR，滚降系数为 1/32。通过这种方法，可以显著地 改善 OFDM 通信系统高的 PAPR 分布，大大降低了峰值信号出现的概率以及对功 率放大器的要求，节约成本。经常被采用的窗函数是升余弦窗。 2.2.9 信道传输 信道可分为多径实验信道和高斯白噪声信道。多径时延信道直射波和延迟波 对于标准时间按照固定比率递减，因此多径时延信道参数为比率和最大延迟时 间。 2.2.10 同步