OFDM系统原理及仿真实现
OFDM系统仿真实现
OFDM系统的仿真与实现1.OFDM系统基本介绍正交频分复用<OFDM）技术与已经普遍熟知应用的频分复用<FDM：Frequency Division Multiplexing）技术十分相似，与FDM基本原理相同，OFDM把高速的数据流通过串并变换，分配到速率相对较低的若干个频率子信道中进行传输，不同的是，OFDM技术利用了更好的控制方法，使频谱利用率有所提高。
OFDM与FDM的主要差别为以下几方面：第一：在常规的广播系统中，每一个无线站在不同的频率上发送信号，有效的运用FDM来保证每个站点的分隔，广播系统中的每一个站点没有任何的同位或同步；但使用OFDM传播技术，譬如DAB，从多个无线站来的信息信号被组合成一个单独的复用数据流，这些数据是由多个子载波密集打包组成，然后将在OFDM体系中传输，在OFDM信号内的所有子载波都是在时间和频率上同步的，使子载波之间的干扰被严格控制。
这些复用的子载波在频域中交错重叠，但因为调制的正交性且采用循环前缀作为保护间隔，所以不会发生载波间干扰ICI<Inter-Carrier Interference）。
第二：对传统的频分复用<FDM）系统而言，传播的信号需要在两个信道之间存在较大的频率间隔即保护带宽来防止干扰，这降低了全部的频谱利用率；然而应用OFDM的子载波正交复用技术大大减少了保护带宽，提高了频谱利用率。
如图 11。
在早期时候，正交频分复用<OFDM）系统中，各子载波采用正交滤波器将信道分成多个子信道，但要用很多的滤波器，尤其是当路数增多的时候。
1971年，Weinstein及Ebert等将DFT应用在多载波传输系统中，从而很方便地实现了多路信号的复合和分解。
OFDM系统的一个重要优点就是可以利用快速傅立叶变换实现调制和解调，从而大大简化系统实现的复杂度。
图 11FDM与OFDM带宽利用率的比较正交频分复用<OFDM）系统是一种特殊的多载波传输方案，它可以被看作是一种调制技术，也可以被当作一种复用技术。
QPSK和16QAM调制下MIMO-OFDM系统Matlab仿真实现
QPSK和16QAM调制下MIMO-OFDM系统Matlab仿真实现一、引言MIMO-OFDM系统是一种融合了多输入多输出（MIMO）和正交频分复用（OFDM）技术的无线通信系统，能够显著提高数据传输速率和系统可靠性。
在MIMO-OFDM系统中，调制方式的选择对系统性能具有重要的影响。
QPSK和16QAM是两种常用的调制方式，它们在MIMO-OFDM系统中的应用对系统的性能和效率有着明显的影响。
本文将针对QPSK和16QAM调制下的MIMO-OFDM系统进行Matlab仿真实现，以研究两种调制方式对系统性能的影响。
二、MIMO-OFDM系统基本原理MIMO-OFDM系统由MIMO技术和OFDM技术组成。
MIMO技术利用多个天线发射和接收信号，通过空间分集和空间复用的方式提高系统的性能和可靠性。
而OFDM技术将带宽分成多个子载波，并采用正交调制方式传输数据，能够有效克服多径干扰和频率选择性衰落，提高系统的抗干扰能力和频谱利用率。
MIMO-OFDM系统将MIMO技术和OFDM技术结合，充分发挥两者的优势，实现了高速率和高可靠性的无线通信。
1. Matlab仿真环境搭建需要在Matlab环境中搭建MIMO-OFDM系统的仿真环境。
在Matlab中，可以使用Communications Toolbox和Wireless Communications Toolbox工具箱来搭建MIMO-OFDM系统的仿真环境。
通过这些工具箱，可以方便地构建MIMO通道模型、OFDM调制器和解调器等系统组件，并进行参数设置和仿真运行。
2. QPSK调制方式在QPSK调制方式下，将复数信号映射到星座图上，每个符号点代表两个比特。
QPSK调制方式可以实现较高的传输速率和频谱利用率，适用于高速率和大容量的无线通信场景。
在MIMO-OFDM系统中，QPSK调制方式通常用于传输速率要求较高的场景，例如视频传输和高速数据传输等。
2. MIMO-OFDM系统仿真实现与QPSK调制方式类似，利用Matlab中的Wireless Communications Toolbox，可以进行16QAM调制下MIMO-OFDM系统的仿真实现。
OFDM原理及实现
2023-11-09•OFDM原理•OFDM实现的关键技术•OFDM系统设计目录•OFDM系统性能评估•OFDM系统应用01 OFDM原理OFDM（正交频分复用）是一种无线通信传输技术，其主要思想是将高速数据流分割为多个低速子数据流，并在多个正交子载波上并行传输。
OFDM技术可以有效抵抗多径效应和频率选择性衰落，提高频谱利用率，实现高速数据传输。
OFDM基本概念OFDM系统主要由调制器、IFFT/FFT变换器和并/串转换器等组成。
调制器负责将输入的数据符号调制到各个子载波上，IFFT/FFT变换器则进行时域/频域变换，实现子载波的并行传输，最后通过并/串转换器将数据符号转换为串行信号进行传输。
OFDM系统组成OFDM信号调制主要采用QAM（Quadrature Amplitude Modulation）等调制方式，将输入的数据符号调制到各个子载波上。
QAM是一种同时对幅度和相位进行调制的调制方式，其调制符号由幅度和相位共同表示。
OFDM信号解调需要经过串/并转换、FFT/IFFT变换、解调等步骤。
串/并转换器将接收到的串行信号转换为并行信号，然后通过FFT/IFFT变换器进行频域/时域变换，得到各个子载波上的数据符号。
最后，解调器对数据符号进行解调，恢复出原始的数据。
02 OFDM实现的关键技术IFFT和FFT算法快速傅里叶变换（FFT）算法FFT是一种高效计算离散傅里叶变换（DFT）及其逆变换的算法，用于将信号从时域转换到频域，以及从频域转换到时域。
在OFDM系统中，FFT用于接收端解调数据，而IFFT则用于发射端调制数据。
逆快速傅里叶变换（IFFT）算法IFFT是FFT的逆运算，用于将信号从频域转换到时域。
在OFDM系统中，IFFT用于将调制后的数据转换为时域信号进行发射。
为了消除多径效应和符号间干扰（ISI），OFDM系统在每个符号之间插入了一段保护间隔。
保护间隔通常为一段循环前缀，其长度与符号长度相同。
ofdm信号时域表达式和频域表达式以及仿真
ofdm信号时域表达式和频域表达式以及仿真OFDM信号（正交频分复用信号）是一种在无线通信系统中广泛使用的调制技术。
它通过将高速数据流分成多个低速数据流，并在频域上将这些数据流正交地传输以提高频谱利用率。
OFDM信号的时域表达式可以通过逆离散傅里叶变换（IDFT）得到。
假设OFDM信号的符号数为N，子载波数为M（M=N），每个子载波的频域信号为X(k)，则OFDM信号的时域表达式可以表示为：x(n) = ∑[X(k) * e^(j2πkn/N)]，n=0,1,2,...,N-1其中，k表示子载波的索引，n表示离散时间。
以上式子表示了OFDM信号在时域上的波形。
OFDM信号的频域表达式可以通过离散傅里叶变换（DFT）得到。
将上述时域表达式进行傅里叶变换，可以得到OFDM信号的频域表达式：X(k) = (1/N) * ∑[x(n) * e^(-j2πkn/N)]，k=0,1,2,...,N-1其中，X(k)表示OFDM信号在频域上的谱。
可以看出，OFDM信号在频域上是将子载波的频域信号叠加得到的。
为了更好地理解OFDM信号的时域和频域特性，可以通过仿真来展示。
以下是一个OFDM信号的时域和频域仿真示例。
假设OFDM系统的参数为：子载波数量N=64，子载波间隔为Δf=15kHz，采样率为Fs=1MHz，每个子载波的符号数目为K=48。
首先生成一个长度为K=48的复数信号，表示OFDM信号的频域信号。
然后将这个频域信号通过逆离散傅里叶变换（IDFT）转换为时域信号。
得到的时域信号为长度为N=64的序列。
接着，对时域信号进行离散傅里叶变换（DFT），得到OFDM信号的频域表达式。
通过将频域信号的幅度谱和相位谱分别绘制出来，可以观察到不同子载波的频域特性以及信号的总体频谱分布。
最后，可以绘制OFDM信号的时域波形，通过观察时域波形的幅度、波形间的间隔等特征，评估OFDM信号的性能。
通过以上仿真，可以更好地理解OFDM信号的时域和频域特性。
OFDM原理及matlab代码仿真
OFDM原理及matlab代码仿真我也不明⽩OFDM是个咋回事OFDM⼀，OFDM的原理OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)即正交频分复⽤技术，实际上OFDM是MCM(Multi Carrier Modulation)，多载波调制的⼀种。
通过频分复⽤实现⾼速串⾏数据的并⾏传输, 它具有较好的抗多径衰弱的能⼒，能够⽀持多⽤户接⼊。
OFDM的主要思想是将信道分成N个⼦信道。
每个⼦信道包含⼀个⼦载波，不同的⼦载波之间相互正交。
实现时，将⼀路⾼速串⾏输⼊的数据信号流转换成N路并⾏的低速⼦数据流，调制到每个⼦载波上进⾏传输。
（类似于CDMA？）那么什么是正交呢？上图给出了详细的定义：两个波形在⼀段时间内内积为零，则他们在这段时间内正交。
那平时我们都知道sin(x)和cos(x)正交，他们在⼀个周期内的乘积为0。
如图sin和cos相乘，最后他们的乘积在⼀个周期内积分为0，则sin和cos在这段时间内是正交的。
那么同理，sin(x)和sin(2x)呢？从图上可以看到，sin(x)和sin(2x)的乘积在⼀个周期内的积分也为零，所以sin(x)和sin(2x)在这段时间内也是正交的。
那现在我们知道sin和cos是正交的，sin(x)和sin(2x)也是正交的。
“OFDM的主要思想是将信道分成N个⼦信道。
每个⼦信道包含⼀个⼦载波，不同的⼦载波之间相互正交。
”，那么在实现时将不同频率的相互正交的信号进⾏调制，最后再加和发送（所以觉得和CMDA类似，不得不说通信这⾥正交才是核⼼啊）。
（上⾯的图是从上截的）实现时，我们先对不同的信道不同频率的信号进⾏调制，再将其加和，很明显这种清楚易懂的⽅法实现起来对硬件的要求⽐较⾼，所以我们能不能找到⼀条更容易实现的⽅法。
博客园这个都不能写公式的吗.....从上⾯可以看出，将信号表⽰为指数形式，OFDM就可以采⽤FFT进⾏调制，⽽现实中DSP芯⽚技术已经成熟，可以采⽤相较于加法器⽽⾔速度更快的数字芯⽚。
OFDM系统原理及仿真与实现毕业设计(论文)
毕业设计(论文) OFDM系统原理及仿真实现毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
作者签名：日期：指导教师签名：日期：使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。
作者签名：日期：目录摘要 (2)ABSTRACT (3)第一章绪论 (4)第二章OFDM系统的基本介绍 (5)2.1OFDM的基本原理 (5)2.1.1 OFDM的产生和发展 (6)2.1.2 DFT的实现 (7)2.1.3 保护间隔、循环前缀和子载波数的选择 (8)2.1.4 子载波调制与解调 (10)2.2OFDM系统的优缺点 (11)2.3OFDM系统的关键技术 (11)第三章OFDM系统仿真实现 (13)3.1OFDM信号的时域及频域波形 (13)3.2带外功率辐射以及加窗技术 (15)3.3在不同信道环境和系统不同实现方式下的仿真 (18)3.3.1 调制与解调 (18)3.3.2 不同信道环境下的系统仿真实现 (20)3.3.3 系统不同实现方式的仿真实现 (22)第四章OFDM系统的仿真结果及性能分析 (23)4.1不同信道环境下的误码特性 (23)4.2不同系统实现方式下的误码特性 (28)第五章总结 (30)摘要本论文以OFDM系统为基础，介绍了OFDM系统的基本原理，以及使用OFDM技术的优势所在，并且展望了今后的无线移动技术的发展前景。
完整的OFDM系统的仿真实现
%窗函数子程序，子程序名称：recoswindow.mfunction[rcosw]=rcoswindow(beta,Ts)%输入参数：beta为升余弦窗关键系数，Ts为IFFT长度家循环前缀长度t=0:(1+beta)*Ts;rcosw=zeros(1,(1+beta)*Ts);%计算升余弦窗，共有三部分for i=1:beta*Ts;rcosw(i)=0.5+0.5*cos(pi+t(i)*pi/(beta*Ts));%计算升余弦窗的第一部分endrcosw(beta*Ts+1:Ts)=1;%计算升余弦窗低二部分for j=Ts:(1+beta)*Ts+1;rcosw(j-1)=0.5+0.5*cos((t(j)-Ts)*pi/(beta*Ts));%计算升余弦窗第三部分endrcosw=rcosw';%转换为列矢量%将16QAM信号的解调子程序，子程序的名称：demoduqam16.mend%16QAM调制子程序，子程序名称为qam16.m%将二进制数目流转换为16QAM信号function [complex_qam_data]=qam16(bitdata)%输入参数：bitdata为二进制数码流%输出参数：complex_qam_data为16QAM副信号X1=reshape(bitdata,4,length(bitdata)/4)';%将二进制数码流以4bitte分段d=1;%转换4bit二进制码为十进制码1~16，生态农场mapping映射表中的索引for i=1:length(bitdata)/4;for j=1:4X1(i,j)=X1(i,j)*(2^(4-j));endsource(i,1)=1+sum(X1(i,:));end%16QAM映射表，改表中存放的16对，没对两个实数，表示星座位置mapping=[-3*d 3*d;-d 3*d;d 3*d;3*d 3*d;-3*d d;-d d;d d;3*d d;-3*d -d;-d -d;d -d;3*d -d;-3*d -3*d;-d -3*d;d -3*d;3*d -3*d];for i=1:length(bitdata)/4qam_data(i,:)=mapping(source(i),:);%数据映射endcomplex_qam_data=complex(qam_data(:,1),qam_data(:,2));%组合为负数形式，形成16QAM信号end%将16QAM信号的解调子程序，子程序的名称：demoduqam16.m%该子程序测试function [demodu_bit_symble]=demoduqam16(Rx_serial_complex_symbols)%输入参数为：Rx_serial_complex_symbols为接收端接收到的复16QAM信号%输出参数：demodu_bit_symble为二进制数码流complex_symbols=reshape(Rx_serial_complex_symbols,length(Rx_serial_comple x_symbols),1);d=1;mapping=[-3*d 3*d;-d 3*d;d 3*d;3*d 3*d;-3*d d;-d d;d d;3*d d;-3*d -d;-d -d;d -d;3*d -d;-3*d -3*d;-d -3*d;d -3*d;3*d -3*d];complex_mapping=complex(mapping(:,1),mapping(:,2));%将数据映射表中转换为16QAM信号，即3组合为复数；for i=1:length(Rx_serial_complex_symbols);for j=1:16;metrics(j)=abs(complex_symbols(i,1)-complex_mapping(j,1));end[min_metric decode_symble(i)]=min(metrics);%将接收数据与标准16QAM信号比，找到差最小的，将其对应恢复成标准的16QAM信号enddecode_bit_symble=de2bi((decode_symble-1)','left-msb');%将16QAM转为二进制demodu_bit_symble=reshape(decode_bit_symble',1,length(Rx_serial_complex_sy mbols)*4);%转换为一行endbaseband_out_length=16000;rand('twister',0);baseband_out=round(rand(1,baseband_out_length));%产生16000bit待传输的二进制比特流。
OFDM技术Simulink仿真
实验报告一．实验目的：深刻理解正交频分复用技术的原理，通过simulink对OFDM 技术调制和解调过程仿真，进一步理解正交频分复用技术的原理。
二．实验器材：电脑一台，MATLAB 2013a及以上版本三．实验原理：1. OFDM技术的基本原理：OFDM 的基本原理就是把串行的数据流分解成若干个数据速率低得多的并行子数据流，每个子数据流再去调制相应各个正交的子载波，最后把各个子载波上的信号叠加合成一起输出。
OFDM 系统的基本原理如图 1 所示：图1 OFDM系统基本原理模型从上图可以看出：OFDM 的发送端的基本原理就是把输入数据经过串并变换成 N 路子信道数据，然后分别调制相应各个正交的子载波后叠加合成一起输出。
而在接收端则用各个子载波分别混频和积分得到各路数据，经过并串变换便输出原始数据。
从上面对 OFDM 基本原理的论述可以看出：其实现的根本思想是通过串并变换把串行的高速数据流变成并行的低速数据流，实现的关键点是保证各个子载波之间的正交性。
串并变换是很容易实现的，而正交性是如何实现的呢？下面先看看 OFDM 信号的表达式。
一个OFDM符号之内包括多个经过调制的子载波的合成信号，其中每个子载波信号都可以进行相移键控（PSK）或者正交幅度调制（QAM）。
如果N表示子信道的个数，T表示一个OFDM符号的时间宽度，为每个子信道的数据符号，是第0个子载波的载波频率，则开始的一个已经调制的OFDM符号可表示为：(1)其中实部和虚部分别对应于OFDM符号的同相和正交分量，在实际中可以分别与相应的子载波的cos 分量和sin分量相乘，再叠加成OFDM信号。
(2)从式（2-1）和试（2-2）都可以看出，OFDM信号相邻子载波的间隔的码元速率1/T，这样就有：（3）式（3）说明了只要使各个子载波之间的间隔为1/T就保证了各个子载波之间的正交性。
正是这种正交性使频谱互相重叠的各个子载波信号能够被正确的分离出来。
ofdm的matlab实现
ofdm的matlab实现OFDM（正交频分复用）是一种常用的调制解调技术，被广泛应用于无线通信和数字电视等领域。
在本篇文章中，我们将探讨OFDM的基本原理，并介绍如何使用Matlab实现OFDM系统。
一、OFDM基本原理OFDM是一种基于频域的多载波调制技术，通过将高速数据流分成多个较低速的子流，并将这些子流分配到不同的频率载波上来传输数据。
通过这种方式，OFDM可以有效地抵抗频率选择性衰落和多径传播引起的时域间隔干扰，提供更好的抗干扰性能。
OFDM系统的主要构成部分包括信源、调制器（调制器和反调制器）和调制解调器（调制器和解调器）。
在发送端，调制器将输入数据流分为多个子流，并进行调制后输出。
在接收端，解调器对接收到的信号进行解调并还原为原始数据流。
OFDM调制器的实现主要依赖于以下两个关键概念：正交性和多载波调制。
1. 正交性：在OFDM系统中，子载波之间需要满足正交性条件，即相邻子载波之间的正弦波形式相互垂直，相位差为0或π。
这样可以确保子载波之间的干扰最小。
2. 多载波调制：OFDM系统中，将整个频率带宽划分为多个子载波，每个子载波都可以用不同的调制方式来传输数据。
常见的调制方式有BPSK、QPSK、16-QAM等。
二、Matlab实现OFDM系统下面我们将使用Matlab来实现OFDM系统。
按照OFDM系统的基本原理，需要完成以下几个步骤：1. 生成原始数据：首先，我们需要生成一组原始数据作为输入。
可以使用随机数生成器来生成一个指定长度的数据序列。
2. 子载波生成：根据系统设置，生成需要的子载波。
可以使用fft函数计算离散傅里叶变换，得到频域上的正弦波。
3. 数据调制：将原始数据按照设定的调制方式进行调制，得到对应的调制符号。
可以使用BPSK、QPSK或其他调制方式。
4. 倍频：将调制符号乘以子载波的复数载波，得到OFDM的时域信号。
5. CP（循环前缀）添加：为了避免多径效应引起的信号间干扰，在时域信号的开头添加一个与其末尾相同的循环前缀。
OFDM系统设计与仿真共3篇
OFDM系统设计与仿真共3篇OFDM系统设计与仿真1OFDM系统设计与仿真OFDM技术是一种多载波信号传输技术，将整个信道分割成数个互不干扰的子载波，每个子载波都可以进行调制传输数据，使得OFDM技术具有抗多径和高速传输的优点，因此在现代通信系统中得到广泛应用。
本文将介绍OFDM系统的设计和仿真过程。
一、OFDM系统的设计OFDM系统的设计首先需要确定系统的参数，包括子载波数量、调制方式、误码率等。
具体的设计流程如下：1. 确定子载波数量OFDM系统中子载波数量的选择与系统的带宽有关系，可以通过下式计算出子载波数量：N = B/Δf其中，N是子载波数量，B是系统的带宽，Δf是子载波的带宽。
2. 确定调制方式OFDM系统的调制方式有许多种，如BPSK、QPSK、16QAM、64QAM等。
不同的调制方式可以达到不同的传输速率和误码率，通常选用16QAM和64QAM，可以提高系统的信噪比和传输速率。
3. 确定误码率OFDM系统在传输数据时会受到各种干扰和噪声的影响，因此需要确定合适的误码率。
在一般情况下，当误码率为10^-5时，OFDM系统的性能最优。
二、OFDM系统的仿真OFDM系统的仿真可以通过软件或硬件实现。
其中，软件仿真可以通过Matlab软件实现，硬件实现需要使用FPGA等电路设计工具。
1. Matlab仿真Matlab软件提供了许多工具箱，可以方便地进行OFDM系统的仿真。
例如，可以使用Communications Toolbox进行信道估计、信号变换和误码率分析等，可以使用Simulink进行系统建模和仿真。
下面以Simulink仿真为例，介绍OFDM系统的仿真过程。
首先，将OFDM调制器、仿真信道和OFDM解调器添加到Simulink模型中。
然后，对OFDM信号进行比特随机分配、IFFT和加前缀（保障多径传播），并对信道进行加性白噪声、多径衰减和时间延迟的模拟，最后进行OFDM解调和误码率计算。
移动通信系统OFDM系统仿真与实现(基于MATLAB)
OFDM系统仿真与实现1. OFDM的应用意义在近几年以内，无线通信技术正在以前所未有的速度向前发展。
由于用户对各种实时多媒体业务需求的增加和互联网技术的迅猛发展，未来的无线通信及技术将会有更高的信息传输速率，为用户提供更大的便利，其网络结构也将发生根本的变化。
随着人们对通信数据化、个人化和移动化的需求，OFDM技术在无线接入领域得到了广泛的应用。
OFDM是一种特殊的多载波传输方案，它将数字调制、数字信号处理、多载波传输技术结合在一起，是目前已知的频谱利用率最高的一种通信系统，具有传输速率快、抗多径干扰能力强的优点。
目前，OFDM 技术在数字音频广播(DAB)、地面数字视频广播(DVB-T)、无线局域网等领域得到广泛应用。
它将是4G移动通信的核心技术之一。
OFDM广泛用于各种数字传输和通信中，如移动无线FM信道，高比特率数字用户线系统(HDSL)，不对称数字用户线系统(ADSL)，甚高比特率数字用户线系统HDSL，数字音频广播(DAB)系统，数字视频广播(DVB)和HDTV地面传播系统。
1999年，IEEE802.11a通过了一个SGHz的无线局域网标准，其中OFDM 调制技术被采用为物理层标准，使得传输速率可以达54MbPs。
这样，可提供25MbPs的无线ATM接口和10MbPs的以太网无线帧结构接口，并支持语音、数据、图像业务。
这样的速率完全能满足室内、室外的各种应用场合。
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。
而在上行技术的选择上，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-FDMA方式。
拥有我国自主知识产权的3G标准一一TD-SCDMA在LTE演进计划中也提出了TD-CDM-OFDM的方案B3G/4G是ITU提出的目标，并希望在2010年予以实现。
OFDM的系统仿真与实现
OFDM的系统仿真与实现OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）是一种用于无线通信的调制技术，将高速数据流分成多个低速子载波进行并行传输，提高了信道利用率和抗干扰能力。
在本文中，将介绍OFDM系统仿真和实现的相关内容。
首先，对于OFDM系统的仿真，可以使用Matlab等仿真软件进行模拟。
仿真过程可以分为以下几个步骤：生成原始信号、进行IFFT变换、添加循环前缀、进行FFT变换、接收端信号处理。
下面将分别详细介绍这些步骤。
首先，生成原始信号。
可以使用随机生成的比特序列作为原始信号。
比特序列可以通过随机生成函数生成，并可以根据系统需求设置比特序列长度和比特率。
然后，进行IFFT（Inverse Fast Fourier Transform）变换。
IFFT变换将高速频域信号转换为低速时域信号。
在OFDM系统中，将比特序列通过码型映射转换为复数符号，然后通过IFFT变换将复数符号转换为时域信号。
接下来，添加循环前缀。
循环前缀是从IFFT变换输出的时域信号中取一段连续的数据，插入到传输信号的前面。
循环前缀可以解决多径效应引起的符号间干扰问题。
然后，进行FFT（Fast Fourier Transform）变换。
FFT变换将时域信号转换为频域信号。
在OFDM系统中，将添加了循环前缀的时域信号通过FFT变换将其转换为频域信号。
最后，进行接收端信号处理。
接收端信号处理包括频率偏移补偿、信道估计、信号解调等。
频率偏移补偿可以校正发送端和接收端之间的频率误差。
信道估计可以通过接收到的OFDM符号估计信道响应，用于后续的信号解调和解码。
对于OFDM系统的实现，可以分为两个关键部分：发送端和接收端。
在发送端，需要进行数据的调制、IFFT变换、循环前缀添加等操作。
数据调制可以将输入的比特序列转换为复数符号。
IFFT变换将复数符号转换为时域信号。
循环前缀添加可以解决多径效应引起的符号间干扰问题。
毕业设计OFDM系统原理及仿真实现
毕业设计OFDM系统原理及仿真实现摘要
OFDM系统是一种广泛应用于高速无线数据传输的数字通信技术，具有高数据传输率、宽带容量和低误码率的优点。
本文介绍了OFDM系统的原理，包括OFDM信号的产生、OFDM系统结构及其优缺点，以及OFDM系统的常用技术（如信道编码、时间分多址、调制和调制解调）以及其特性分析。
本文的主要目的是基于MATLAB实现OFDM系统的仿真。
首先，通过MATLAB环境建立OFDM系统仿真模型，然后模拟噪声信号对OFDM系统的影响，最后仿真OFDM系统的正确性及通信效率。
仿真结果表明，加入噪声信号后OFDM系统的信号-噪声比下降了，相应的误比特率也上升了；在正确译码的情况下，OFDM系统的效率可达到一定的水平。
结论是，OFDM 是一种具有高带宽和高数据传输速率的信号技术，能有效抑制多径效应的影响，具有较高的容量和低的误码率，因此在高速无线数据传输中得到了广泛应用。
关键词：OFDM，OFDM系统，仿真，MATLAB
1绪论
OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）系统是一种高效的数字信号处理技术，具有高数据传输率、宽带容量和低误码率的优点，已成为当今无线通信领域的一项主流技术。
第3章OFDM系统基本原理《MIMO-OFDM系统原理、应用及仿真》课件
号持续时间（简称符号周期）构成。
一般选择符号周期长度至少是保护间隔长度的5倍。 可以计算在符号周期为保护间隔5倍的情况下，因插 入保护比特所造成的信噪比损失有1dB左右。
（3）确定子载波的数量
子载波的数量可以直接利用-3dB带宽除以子载波间隔 （即去掉保护间隔之后的符号周期的倒数）得到。
或者，可以利用所要求的比特速率除以每个子信道中 的比特速率来确定子载波的数量。
每个子信道中传输的比特速率由调制类型、编码速率以 及符号速率来确定。
例： 要求设计系统满足如下条件：
比特率： 25Mbit/s 可容忍的时延扩展： 200ns 带宽： <18MHz
解： 保护间隔： 200 4 800(ns)
)rect
(t
t
s
T/
2)
i0
基带OFDM符号时间表示式为
s(t)
N 1 di i0
exp
j2
i T
(t
t
s
)
0
或
ts t ts T t ts t ts T
s(t)
N1 di i0
exp
j2
complex_carrier_matrix=reshape(complex_carrier_matrix',…
figure(1);
carrier_count,symbols_per_carrier)';
plot(complex_carrier_matrix,'*r');
axis([-4, 4, -4, 4]); title('16QAM调制后星座图'); grid on
ofdm原理及仿真
300
23
◆循环前后缀叠加前后比较
循 环 前 后 缀 不 叠 加 的 OFDM Time Signal 0.5
Amplitude (volts)
0
-0.5
-1
0
1000
2000
3000 4000 5000 6000 Time (samples) 循 环 前 后 缀 叠 加 的 OFDM Time Signal
2
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
◆表达式
设在一个OFDM系统中有N个子信道，每个子信 道采用的子载波为
k 0 k 0 N 1 N 1
上式可以改写成
s(t ) Bk e j 2f k t k
k 0
N 1
4
s(t ) Bk e j 2f k t k
k 0
N 1
式中，Bk是一个复数，为第k路子信道中的复输入 数据。因此，上式右端是一个复函数。但是，物 理信号s(t)是实函数。所以若希望用上式的形式表 示一个实函数，式中的输入复数据Bk应该使上式 右端的虚部等于零。
输出待调制的二进制比特流 1
0.5
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
接收解调后的二进制比特流 1
0.5
0
0
1050
60
70
80
90
100
28
谢谢！
OFDM系统的仿真与实现
OFDM系统的仿真与实现1.OFDM系统基本介绍正交频分复用（OFDM）技术与已经普遍熟知应用的频分复用（FDM：Frequency Division Multiplexing）技术十分相似，与FDM基本原理相同，OFDM把高速的数据流通过串并变换，分配到速率相对较低的若干个频率子信道中进行传输，不同的是，OFDM技术利用了更好的控制方法，使频谱利用率有所提高。
OFDM与FDM的主要差别为以下几方面：第一：在常规的广播系统中，每一个无线站在不同的频率上发送信号，有效的运用FDM 来保证每个站点的分隔，广播系统中的每一个站点没有任何的同位或同步；但使用OFDM传播技术，譬如DAB，从多个无线站来的信息信号被组合成一个单独的复用数据流，这些数据是由多个子载波密集打包组成，然后将在OFDM体系中传输，在OFDM信号内的所有子载波都是在时间和频率上同步的，使子载波之间的干扰被严格控制。
这些复用的子载波在频域中交错重叠，但因为调制的正交性且采用循环前缀作为保护间隔，所以不会发生载波间干扰ICI （Inter-Carrier Interference）。
第二：对传统的频分复用（FDM）系统而言，传播的信号需要在两个信道之间存在较大的频率间隔即保护带宽来防止干扰，这降低了全部的频谱利用率；然而应用OFDM的子载波正交复用技术大大减少了保护带宽，提高了频谱利用率。
如图 1-1。
在早期时候，正交频分复用（OFDM）系统中，各子载波采用正交滤波器将信道分成多个子信道，但要用很多的滤波器，尤其是当路数增多的时候。
1971年，Weinstein及Ebert等将DFT应用在多载波传输系统中，从而很方便地实现了多路信号的复合和分解。
OFDM系统的一个重要优点就是可以利用快速傅立叶变换实现调制和解调，从而大大简化系统实现的复杂度。
图 1-1 FDM与OFDM带宽利用率的比较正交频分复用（OFDM）系统是一种特殊的多载波传输方案，它可以被看作是一种调制技术，也可以被当作一种复用技术。
(完整版)OFDM仿真
一、题目OFDM系统的Matlab仿真二、仿真要求要求一：OFDM系统的数据传输①传输的数据随机产生；②调制方式采用16QAM；③必须加信道的衰落④必须加高斯白噪声⑤接收端要对信道进行均衡。
要求二：要求对BER的性能仿真设计仿真方案，得到在数据传输过程中不同信噪比的BER性能结论，要求得到的BER曲线较为平滑。
三、仿真方案详细设计（一）基于IFFT/FFT 实现的OFDM 系统方框图：（二）详细设计方案： 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 。
3编码交织交织编码可以有效地抗突发干扰。
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 。
为了所有的映射点有相同高的平均功率，输出要进行归一化，所以对应BPSK,PQSK,16QAM,64QAM ，分别乘以归一化系数系数1，21, 101, 421.输出的复数序列即为映射后的调制结果。
5串并转换。
将一路高速数据转换成多路低速数据 6 IFFT 。
对上一步得到的相同分量和正交分量按照（Ich+Qch*i ）进行IFFT 运算。
并将得到的复数的实部作为新的Ich ，虚部作为新的Qch 。
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OFDM系统原理及仿真实现
一、OFDM系统原理
实际上OFDM是MCM Multi-CarrierModulation，多载波调制的一种。
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间相互干扰ISI。
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。
OFDM中的各个载波是相互正交的，每个载波在一个符号时间内有整数个载波周期，每个载波的频谱零点和相邻载波的零点重叠，这样便减小了载波间的干扰。
由于载波间有部分重叠，所以它比传统的FDMA提高了频带利用率。
在OFDM传播过程中，高速信息数据流通过串并变换，分配到速率相对较低的若干子信道中传输，每个子信道中的符号周期相对增加，这样可减少因无线信道多径时延扩展所产生的时间弥散性对系统造成的码间干扰。
另外，由于引入保护间隔，在保护间隔大于最大多径时延扩展的情况下，可以最大限度地消除多径带来的符号间干扰。
如果用循环前缀作为保护间隔，还可避免多径带来的信道间干扰。
在过去的频分复用(FDM)系统中，整个带宽分成N个子频带，子频带之间不重叠，为了避免子频带间相互干扰，频带间通常加保护带宽，但这会使频谱利用率下降。
为了克服这个缺点，OFDM采用N个重叠的子频带，子频带间正交，因而在接收端无需分离频谱就可将信号接收下来。
OFDM系统的一个主要优点是正交的子载波可以利用快速傅利叶变换（FFT/IFFT）实现调制和解调。
对于N点的IFFT运算，需要实施N2次复数乘法，而采用常见的基于2的IFFT算法，其复数乘法仅为（N/2）log2N，可显著降低运算复杂度。
在OFDM系统的发射端加入保护间隔，主要是为了消除多径所造成的ISI。
其方法是在OFDM符号保护间隔内填入循环前缀，以保证在FFT周期内OFDM符号的时延副本内包含的波形周期个数也是整数。
这样，时延小于保护间隔的信号就不会在解调过程中产生ISI。
由于OFDM技术有较强的抗ISI能力以及高频谱效率，2001年开始应用于光通信中，相当多的研究表明了该技术在光通信中的可行性。
二、OFDM系统原理仿真实现
-4
-3-2-101234
-4-3-2-10123
416QAM 调制后星座图
010002000
3000400050006000
70008000
-0.5
0.5
A m p l i t u d e (v o l t s )
Time (samples)
循环前后缀不叠加的OFDM Time Signal
010002000
300040005000
600070008000
-0.5
0.5
A m p l i t u d e (v o l t s )
Time (samples)
循环前后缀叠加的OFDM Time Signal
00.050.1
0.150.20.250.30.350.40.450.5
-40
-30
-20
-10
10
20
M a g n it u d e (d B )
Normalized Frequency (0.5 = fs/2)
加窗的发送信号频谱
2
4
6
30
21060
240
90
270
120
300
150
330
1800
极坐标下的接收信号的星座图
-4
-3-2-101234
-4-3-2-101234X Y 坐标接收信号的星座图
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
00.20.40.60.81输出待调制的二进制比特
流
0102030405060708090100
0.5
1
接收解调后的二进制比特流
误码率
bit_error_count =11 ber =0.0011
三、结论
在频率选择性信道传输环境中采用OFDM 作为一种调制方式,可以把频率选择性信道变成平稳衰落信道,从而获得高的误码率性能,提高传输质量。
本文在Simulink 下对OFDM 系统进行了建模,并在两径和六径衰落信道下进行了仿真,通过仿真论证了OFDM 系统抗多径干扰的性能。
实际中无线信道的种类很多,但就本质来说,只不过是路径时延的范围不同而已,因此这个仿真同时也可以为实际中如何进一步优化系统参数来增强抗干扰能力提供一个依据,并缩短产品的开发周期。
同时在仿真过程中提到的仿真方法也可以给从事仿真者提供一个很好的实例。