OFDM调制解调系统的设计
OFDM解调移动通信课程设计
OFDM解调移动通信课程设计一、课程目标知识目标:1. 学生能理解OFDM解调技术的基本原理,掌握其数学模型和信号处理流程。
2. 学生能够描述OFDM系统在移动通信中的应用优势,了解不同调制方式对通信性能的影响。
3. 学生能够解释多径效应、信道估计和同步等关键技术在OFDM系统中的作用及其影响。
技能目标:1. 学生能够运用所学知识,通过计算和模拟分析OFDM信号在不同信道条件下的性能。
2. 学生能够设计简单的OFDM解调系统,并进行仿真验证,以加深对理论知识的理解。
3. 学生通过小组合作,能够完成针对特定移动通信场景的OFDM系统优化方案。
情感态度价值观目标:1. 培养学生对于移动通信技术发展的兴趣,激发其探索精神和创新意识。
2. 通过团队合作,增强学生的沟通能力和协作精神,使其认识到团队合作的重要性。
3. 增进学生对于科技改变生活的认识,培养其社会责任感和对国家通信事业的本课程设计针对高年级通信工程专业学生,结合当前移动通信技术发展趋势,以OFDM解调技术为核心,注重理论与实践相结合。
课程目标旨在帮助学生构建完整的知识体系,提高解决实际问题的能力,同时培养学生的科技情感和社会责任感。
通过具体学习成果的分解,为教学设计和评估提供明确的方向。
二、教学内容1. OFDM基本原理:包括OFDM信号的产生、IDFT/DFT运算、子载波调制与解调。
教材章节:第三章“多载波调制技术”,第5节“OFDM基本原理”。
2. OFDM系统参数设计:探讨子载波数、循环前缀长度等参数对系统性能的影响。
教材章节:第三章“多载波调制技术”,第6节“OFDM系统参数设计”。
3. 多径效应与信道估计:分析多径效应对OFDM系统性能的影响,介绍信道估计方法。
教材章节:第四章“移动通信信道”,第2节“多径效应与信道估计”。
4. OFDM同步技术:讲解符号同步、载波同步的原理及方法。
教材章节:第五章“同步技术”,第1节“OFDM同步技术”。
OFDM系统中TCM调制解调器的设计与实现
OFDM系统中TCM调制解调器的设计与实现吴进【摘要】介绍了一种正交频分复用系统中调制解调器的设计方法,正交频分复用的关键技术是编码和调制.传统的信道编码是将编码与调制分开设计,而网格码是将编码与调制作为一个整体进行设计的.对提出的设计方案进行仿真,实验结果表明该方法是合理有效的.%A design method of the modem in OFDM system is introduced. The key technique in OFDM is encoding and modulation. The conventional channel encoding is to encode and modulate separately, but Trellis coded modulation implements encoding and modulation as a whole. The simulation results indicate that the design method is effective and practical.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2011(034)017【总页数】3页(P90-91,94)【关键词】正交频分复用;网格编码调制;解调;维特比;网格法【作者】吴进【作者单位】西安邮电学院电子工程学院,陕西西安710121【正文语种】中文【中图分类】TN911.5-340 引言正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplex,OFDM)是目前已知的频谱利用率较高的一种通信系统,它将数字调制、数字信号处理、多载波传输等技术有机结合在一起,使得它在系统的频谱利用率、功率利用率、系统复杂性方面综合起来有很强的竞争力,是支持未来移动通信特别是移动多媒体通信的主要技术之一[1]。
在使用OFDM系统进行数据传输时,调制解调器的设计成为关键。
一种基于OFDM技术的高速电台调制解调器设计的开题报告
一种基于OFDM技术的高速电台调制解调器设计的
开题报告
一、研究背景和意义
随着信息技术的不断发展,高速数据传输已经成为了信息通信的重
要领域之一。
在无线传输技术中,高速电台调制解调器具有极为重要的
作用,是实现高速数据传输的核心设备之一。
OFDM技术是一种多载波调制技术,具有高速传输、抗多径衰落等
优点,已经成为了4G和5G移动通信的核心技术之一。
本文将利用OFDM技术实现高速电台调制解调器的设计,通过该调制解调器实现高速数据传输。
二、研究方法和技术路线
本文将采用以下研究方法和技术路线:
1. 研究OFDM技术的原理和优点:深入分析OFDM技术的原理和优点,确定在高速电台调制解调器设计中采用OFDM技术的合理性。
2. 设计高速电台调制解调器:设计高速电台调制解调器的硬件电路,并实现OFDM调制解调算法的软件设计。
3. 系统测试和性能评估:在实际环境中对所设计的高速电台调制解
调器进行测试,并对其性能进行评估,包括传输速率、误码率等指标。
4. 结果分析和讨论:对系统测试和性能评估的结果进行分析和讨论,得出相应结论和建议。
三、预期结果和贡献
本文将设计一种基于OFDM技术的高速电台调制解调器,通过该调
制解调器实现高速数据传输。
预计该调制解调器能够实现更高的传输速率,同时能够抵抗多径衰落等环境干扰,提高数据传输的质量和可靠性。
本文的研究结果将对高速数据传输和无线通信领域的技术发展具有积极的推动作用,有望为实现5G等新一代移动通信技术的发展提供有力支持。
OFDM调制解调模块的设计与实现
OFDM调制解调模块的设计与实现0 引言随着技术和器件水平的发展以及对高速和可靠传输的要求,OFDM技术应用越来越广泛,由于其具有高速数据传输能力、高效的频谱利用率和抗多径干扰等能力,成为通信的研究热点之一。
在OFDM通信系统中,为实现高效信息的传输,可以采用多进制数字调制方式来传输数据符号。
本文设计了一个用于OFDM通信系统的通用调制解词模块,采用了BPSK、QPSK、16QAM和64QAM四种调制方法,利掰共用ROM、共厢减法器等器件的方法,减少了电路规模和硬件资源消耗。
此电路具有能够通过消息反馈机制来自动调整调制方法的能力。
1 调制/解调子模块结构通用调制解调模块原理如图1所示。
其中,选择子模块用来选择调制子模块和解调子模块采用的调制方法。
子模块通过判别输出数据的误码率来返回信息给选择子模块,如果当前采用的调制方法的瀑码率较高,那么选择子模块就会自动调整采用其他的调制方法,达到采用最佳调制方法。
在通用调制解调模块中,最主要的模块就是调制子模块和解调子模块。
下面介绍这两个子模块的设计和实现。
2设计分析在调制子模块和解调子模块的实现中,采用了四种调制方式:BPSK、QPSK、16QAM和64QAM。
2.1调制方式分析如图2所示,BPSK在实际实现时,将0映射为1,将1映射为-1,来完成映射。
解调时,将数据进行一下逆转换即可。
而QPSK具有4个星座位置,QPSK的映射为:00对应-1-li;01对应-1+li;10对应1-li;11对应1+li;并乘以归一化因子。
解调时,只要进行相反的过程,并将0作为裁决电平,即可实现数据的解调恢复。
16QAM由星座分布形状可以分为方形16QAM和非方形16QAM,方形16QAM的星座图如图2(c)。
根据星座图实现时,将00映射为-1,01映射为-1/3,10映射为1,11映射为1/3;解调时,采用的是硬判决的方法,根据星座点的位置将空间划分为16个区域,每个区域以星座点为中心,在判定时,落人某个区域的数就认为是相应星座。
基于FPGA的OFDM调制解调系统设计与实现
c aa trsis f h rce it OFDM ,h e inp o o e w— o t PGA lm e tt nwa f co ted sg r p s sal o c s F i mp e nai yo OFDM o e b s do o m d m a e n
Absr c : t a t OFDM st ek ytc n l g f4 i h o iec m m u iain a dt etc n l g nh g —p e i h e e h o o yo G nt em b l o nc to n e h o o y i ih s e d h d t r n miso sbe n w iey u e . i a e i e h a i d l fo t o o a r q e c iii n aata s s i nha e d l s d Th sp p rg v st eb sc mo e rh g n lfe u n y dv so o
变换 在 O D 技 术 中具有一 定的使 用价值 。实践证 明,该方 法具 有设计 简单、快 速、 高效和 实时 F M
性 等特 点 。
关键 词 :O D ;调制 ;解调 ;F T F T FM F ;IF 中图分类号 :T 4 2 N 0 文献标识码 : A 文章编号 :18—0 0( 0 0) 90 4 -3 6 117 2 1 0 —0 60
OF DM 技 术是 一种高频带利 用率 的多载波调制 技术 ,它在提 高频 带利用率 的 同时 也能有效 地抵抗 字符 问干扰 。 目前 OF DM 技 术 已经被广泛应用于广
播 式的音频 、视频领域和 民用通信 系统 。在 OF DM
系统 中引入 了正 交的子 载波 ,使得 它的频带利 用率 比以前任 何一 种调 制技 术都要 高 。 此外 ,OF DM 还易于结 合编码 、分集 、干扰抑
OFDM调制解调模块的设计与实现
OFDM调制解调模块的设计与实现0 引言随着技术和器件水平的发展以及对高速和可靠传输的要求,OFDM技术应用越来越广泛,由于其具有高速数据传输能力、高效的频谱利用率和抗多径干扰等能力,成为通信的研究热点之一。
在OFDM通信系统中,为实现高效信息的传输,可以采用多进制数字调制方式来传输数据符号。
本文设计了一个用于OFDM通信系统的通用调制解词模块,采用了BPSK、QPSK、16QAM和64QAM四种调制方法,利掰共用ROM、共厢减法器等器件的方法,减少了电路规模和硬件资源消耗。
此电路具有能够通过消息反馈机制来自动调整调制方法的能力。
1 调制/解调子模块结构通用调制解调模块原理如图1所示。
其中,选择子模块用来选择调制子模块和解调子模块采用的调制方法。
子模块通过判别输出数据的误码率来返回信息给选择子模块,如果当前采用的调制方法的瀑码率较高,那么选择子模块就会自动调整采用其他的调制方法,达到采用最佳调制方法。
在通用调制解调模块中,最主要的模块就是调制子模块和解调子模块。
下面介绍这两个子模块的设计和实现。
2设计分析在调制子模块和解调子模块的实现中,采用了四种调制方式:BPSK、QPSK、16QAM和64QAM。
2.1调制方式分析如图2所示,BPSK在实际实现时,将0映射为1,将1映射为-1,来完成映射。
解调时,将数据进行一下逆转换即可。
而QPSK具有4个星座位置,QPSK的映射为:00对应-1-li;01对应-1+li;10对应1-li;11对应1+li;并乘以归一化因子。
解调时,只要进行相反的过程,并将0作为裁决电平,即可实现数据的解调恢复。
16QAM由星座分布形状可以分为方形16QAM和非方形16QAM,方形16QAM的星座图如图2(c)。
根据星座图实现时,将00映射为-1,01映射为-1/3,10映射为1,11映射为1/3;解调时,采用的是硬判决的方法,根据星座点的位置将空间划分为16个区域,每个区域以星座点为中心,在判定时,落人某个区域的数就认为是相应星座。
OFDM调制解调系统的设计
OFDM调制解调系统的设计OFDM(正交频分复用)调制解调系统是一种用于高速数据传输的主要技术之一、它采用频域上的正交载波分割信号,提供了高效、可靠的数据传输方式。
本文将探讨OFDM调制解调系统的设计,并介绍其关键组成部分和性能优势。
首先,调制器将数据流分割成多个较低速率、正交的子载波,并对每个子载波进行调制。
这些调制子载波通过对数据进行调制,例如使用相位移键控(PSK)、正交振幅调制(QAM)或者混合调制方式,来传输不同的数据。
OFDM调制使用正交载波的特性,避免了多径干扰,提高了频谱效率。
其次,OFDM信号通过信道传输。
由于信道引起的时、频衰落效应,传输信号可能会衰减、延迟和失真,影响系统的性能。
因此,设计一个有效的信道估计和均衡算法对于提高OFDM系统的性能至关重要。
信道估计可以通过引入训练序列,在接收端对信道进行估计,然后进行频域上的均衡处理。
最后,接收机使用解调器来从接收的信号中解调和还原原始数据。
解调器通过提取每个子载波的调制信号,并应用相应的反调制方法对数据进行解调。
该过程包括载波同步、时间同步、频率补偿和解码等步骤。
解调器还需要进行信道估计和均衡处理来纠正信道引起的失真。
1.子载波数量:子载波数量决定了OFDM系统的频谱效率和性能。
子载波数量的选择应该平衡频谱效率和抗干扰性能。
2.调制方式:OFDM系统支持多种调制方式,如PSK、QAM或混合调制等。
为了提高系统性能,应该选择合适的调制方式。
3.信道估计和均衡算法:选择合适的信道估计和均衡算法对于降低信道引起的失真至关重要。
常用的方法包括最小二乘(LS)估计、线性补偿和时间域均衡等。
4.自适应调制和编码:OFDM系统可以应用自适应调制和编码技术,根据信道条件和需求动态地选择最佳调制和编码方式,来提高系统的容量和性能。
1.频谱效率高:OFDM系统可以将高速数据流划分为多个低速子载波,有效地利用了频谱资源,提高了频谱利用率。
2.抗多径干扰性能好:由于子载波之间正交,OFDM系统对多径干扰的抗干扰性能好。
基于OFDM的调制解调技术
OFDM — a e o u ai na dDe o u ai nTe h iue B dM d lto n m d lto c n q s s
Li u p n uJ n i g
( olg l tcl n fr t nE gne n , u a nvri f ehoo y h zo n 10 8 hn ) C l e f e r a adI omao n ier g H nnU iesyo cn lg ,Z u h u e oE c i n i i t T Hu a 4 2 0 ,C ia n
ห้องสมุดไป่ตู้
因此 就 可 较 好 地 消 除 信 号 波 形 间 的 干 扰 。 由于 在 O D 系统 中各子信道 的载波相互 正交 ,它们的频谱 F M 是 相互 重 叠 的 ,这样 不 仅 减 小 了子 载波 间 的相 互 干 扰 ,同时还提 高 了频谱 利用 率 。 O DM 增强 了抗频 率选择性衰 落和抗 窄带干扰 的 F
第2 卷 第 3 4 期
21 年 5 00 月
湖
南
工
业
大
学
学
报
VO . 4No 3 1 . 2
J u n l f n nUn v r i fT c n lg o r a o Hu a ie s y o e h o o y t
M a 01 y2 0
基于 OF M 的调制解调技术 D
组解调 器 。它将 不同载波 搬移至 零频 ,然后 在 1 个码
1 oFDM 调 制解 调 基本 原 理
O DM 是一 种无线环境 下 的高速传 输技术 。无线 F
信道 的频 率响应 曲线 大多是非平 坦 的 ,而根据 OF DM 技术 的特点 ,尽管 总的信道 是非平 坦的 ,具有频率 选 择性 ,但每个 子信道是 相对 平坦 的 ,在每 个子信道 上 进行 的是 窄带 传输 ,信号 带宽 小 于信道 的相 应带 宽 ,
OFDM调制解调
1.实验目的学习理解OFDM的原理与机制,通过实验加深对OFDM流程的认知,并通过MATLAB代码编程,初步掌握简单的OFDM仿真。
2.实验原理OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing),即正交频分复用技术,其为多载波调制的一种,也是目前广泛应用的一种调制技术。
OFDM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(ISI)。
由于子载波正交特性,OFDM的频谱利用率相对于普通的频分复用(FDM)技术,有着更高的频谱利用率,如下图所示图1 OFDM和FDM频谱图可以看到,OFDM存在频谱交叠,但是正交的子载波使得这种交叠的影响可以消除,从而从理论上说能够比FDM提升至少50%的频谱利用率。
一般的OFDM系统基本模型,可以如图2所示:图2 OFDM 基本模型图设OFDM 系统包含N 个子载波,各子载波频率为f i ,则一个OFDM 符号复数基带下可以表示为:120()-==∑i N j f t i i s t d e π (2.1)d i 为第i 个子载波上调制的数据,例如可以为QAM 和QPSK 信号等。
经过推论,为了保证子载波间正交性,各子载波频率间隔应为1T的整数倍,T 为OFDM 符号周期,则最小间隔即取1T ,且常取子载波频率f i =i T。
一个周期T 内进行N 点采样得到的离散OFDM 符号即可表达如下式:120()-==∑in N j N i i s n d eπ (2.2)由该表达式可以看出,OFDM 调制与IFFT 有很大的相似处,故可以采用IFFT 来进行实现。
3.实验内容本次实验在离散域进行一个简单的OFDM 调制实现,基本框架如下图所示:图3 实验基本框图实验中一些参数设置如下:子载波个数1024,采用4QAM星座映射调制,信噪比SNR范围设置为0-10dB,间隔大小为1dB,每个信噪比下蒙特卡洛循环100次。
ofdm课程设计
ofdm课程设计一、课程目标知识目标:1. 学生能理解OFDM(正交频分复用)的基本概念、原理和数学模型;2. 学生能掌握OFDM系统的调制、解调过程,及其在通信系统中的应用;3. 学生了解OFDM技术的主要优势,如抗多径干扰、提高频谱效率等;4. 学生了解OFDM在4G、5G等现代通信技术中的应用现状和发展趋势。
技能目标:1. 学生能够运用所学知识,分析OFDM信号的特点,进行信号调制和解调;2. 学生能够通过计算和仿真,评估OFDM系统在特定条件下的性能;3. 学生能够运用OFDM技术,解决实际通信问题,提高通信系统的稳定性和效率。
情感态度价值观目标:1. 培养学生对通信科学的兴趣,激发他们探索科学技术的热情;2. 培养学生团队协作精神,使他们能够在团队项目中积极承担责任、相互学习;3. 培养学生具备创新意识和实践能力,鼓励他们将所学知识应用于实际通信领域,为我国通信事业作出贡献。
课程性质:本课程为通信原理与应用的选修课程,以理论学习与实践操作相结合的方式进行。
学生特点:学生为高年级本科生,具备一定的通信原理基础,具有较强的学习教学要求:结合课程性质、学生特点,通过理论讲解、案例分析、实践操作等方式,使学生全面掌握OFDM技术的基本原理和实际应用。
在教学过程中,注重培养学生的创新意识和团队协作能力,提高他们的实际操作技能。
课程目标的设定旨在使学生在完成学习后,能够达到上述具体的学习成果,为后续相关课程和实际工作打下坚实基础。
二、教学内容1. OFDM基本原理:包括正交频分复用的概念、原理、数学模型和频域调制技术。
- 教材章节:第三章“数字调制技术”中的第5节“正交频分复用技术”- 内容:OFDM信号的产生、频率间隔的选择、子载波的正交性等。
2. OFDM调制解调技术:讲解OFDM信号的调制、解调过程,以及其在实际通信系统中的应用。
- 教材章节:第四章“数字信号的传输与接收”中的第2节“OFDM调制解调技术”- 内容:OFDM信号的时域和频域表示、IFFT/FFT算法、循环前缀等。
(通信工程毕设)OFDM调制解调系统仿真与结果分析
(通信⼯程毕设)OFDM调制解调系统仿真与结果分析4 系统仿真与性能分析4.1 仿真参数设置结合OFDM调制解调系统原理图与仿真流程图,基于MATLAB软件平台,设置系统仿真参数,如表4-1所⽰:由OFDM系统原理和仿真流程可知,由信源产⽣⼀个待传输的⼆进制随机信号。
此处,我们以QPSK调制为例,根据表4-1设置的系统默认仿真参数,⼦载波数⽬1024个,每个⼦载波中OFDM符号数为50个,每OFDM符号数所含的⽐特数为2 bit,信噪⽐(SNR)为2 dB,经过运算、取整等操作,可产⽣⼀组包含20000(⼦载波数?符号数/载波?位数/符号)个由0和1构成的⼀维随机⼆进制数组,即待传信号,截取待传信号的前101(0—100)个码元,其对应的波形与经过OFDM系统传输、解调还原后所得到的信号波形,如图4-1所⽰:图4-1 待传输信号与解调还原信号对⽐图由图4-1可知,经过系统发送、传输、解调过后的信号经过并串变换后,还原后所得到的信号与原信号相⽐,存在数据出错的情况,即产⽣误码,此时的误码率如图4-3所⽰:图4-2 默认参数下QPSK调制的系统误码率误码率(SER)是衡量数据在规定时间内数据传输精确性的指标。
即,数据经过通信信道传输以后,接收端所接收到的数据与发送端发送的原始数据相⽐,发⽣错误的码元个数占发送端发送的原始数据的总码元个数之⽐,误码率的计算公式如下所⽰:误码率=错误码元数/传输总码元数⼀个通信系统在进⾏数据传输时的误码率越⼩,则说明该通信系统的传输精确度越⾼。
4.2 OFDM系统仿真实现以QPSK调制为例,系统的仿真参数为默认值。
即,⼦载波数⽬1024个,每个⼦载波中OFDM符号数为50个,每OFDM符号数所含的⽐特数为2 bit,信噪⽐(SNR)为2 dB。
4.2.1 待传信号与还原信号图4-3 待传信号与还原信号码元波形由仿真参数默认值及仿真程序,信源产⽣的随机序列的长度为20000(⼦载波数?符号数/载波?位数/符号),⼤⼩介于0到 1之间,经过取整后即得到长度为20000,⼤⼩为0或1的待发送的⼀维随机⼆进制数组。
无线通信中的OFDM信号检测与解调算法研究
无线通信中的OFDM信号检测与解调算法研究OFDM是一种现代无线通信技术,它能够大幅提高频谱利用率,提高通信信号的传输速率,因此在现代无线通信中得到了广泛应用。
OFDM技术是基于一种叫做正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM)的多载波调制技术,它可以将一个高速数据流分解成多个子信号,然后在一系列频率上将每个子信号分别传输,在接收端,子信号被重新组合成原始数据流,这个过程叫做OFDM解调。
OFDM技术在无线通信领域得到了广泛应用,但是在实际的应用中,OFDM信号检测与解调算法面临着许多技术难题。
这些问题包括信道估计、多路径干扰、载波频偏、IQ失配等等。
为了解决这些问题,研究人员提出了许多OFDM检测与解调技术,不断推动着OFDM技术的发展。
首先,信道估计是OFDM技术中的一个关键问题。
OFDM技术在传输过程中会受到复杂的多径信道影响,使得信道频率响应出现衰减和相移等变化。
这会导致接收信号受到干扰,影响解调效果。
因此,如何准确估计信道频率响应以进行均衡和解调是非常关键的。
现有的OFDM信道估计算法包括最小二乘估计法、卡尔曼滤波法、神经网络方法等等。
这些方法各有优缺点,需要在不同场合下进行选择和改进。
其次,多路径干扰是OFDM技术中的另一个关键问题。
由于多径传播现象,OFDM信号在空间中可能会出现多条传播路径,形成多普勒展宽现象,导致接收信号出现内部多路干扰。
这些干扰会大大降低OFDM系统的性能,因此如何进行抑制是非常关键的。
目前,在解决多路径干扰问题上,广泛使用的算法是信道估计算法和自适应均衡算法。
信道估计算法用于估计信道的频率响应,自适应均衡算法用于抑制信道中的多径干扰。
当然,这些方法也存在一些问题,比如计算复杂度高等等,需要加以改进和优化。
再次,OFDM信号的解调还面临着其他问题,比如载波频偏问题和IQ失配问题。
载波频偏是指信号在传输过程中会发生频率漂移,导致不同子载波之间的相位差发生变化。
基于OFDM的单芯电缆调制解调系统设计与仿真
Ab ta t I x liain o i a d n t r lg s t e a u to a u u la e r m o h l sr c : n e p ot t fol n a u a a , h mo n fd t m p o d d fo d wn oe o
D NG Hu- a ,I u mi.Z O iun . R i n HANG Gun -u j I a gy
( ol eo c a i l n lcr a E gn eig C lg fMehnc dE etcl n ie r ,HabnIsi t o eh oo y e aa i n ri n t ue fT cn lg ,Habn t ri,Heo gi g 10 0 , hn ) i n j n 5 0 1 C ia l a
董惠娟,李瑞敏 , 张广 玉
( 哈尔滨工业大学机 电工程学 院, 龙江 哈尔滨 10 0 ) 黑 5 0 1 摘要 :测井技术的成像化和组合化发展使得井下仪器上传的数据量越来越 大 , 需要 开发高效率 的通 信系统 以解决 数控测井 中的通信瓶颈 。提 出了一种基于正交频分复用 O D Orh g nl rq ec v inMut l ig 的单 F M( to o a F eu nyDis lpe n ) io i x 芯测井 电缆调制解调系统方案 , 并完成 了实 现此方 案的软 硬件系统设 计 。此外 , MA A 在 TL B中进 行 了系统级 仿 真, 模拟了调制解 调系统的实现过程 和所需 的数字信号处理方法 , 仿真结果 表明设计正 确 、 可行 。设 计中采用 了调 制解调技术 OF M, D 使单 芯电缆测井系统的数传速率 从原来 多用 的 2 . bts 2 8k i 提高到 1 2 4k i s满 足 了成像 / 0 . bt , / 测井及组合测井对单芯电缆测井系统的数 据传 速率要求 。 关键词 :测井 系统 ;正交频 分复用 O DM; F 单芯 电缆 ; 速率 ; 传 调制解调系统 ;MA TI AB仿真
基于FPGA的QAM OFDM调制解调器设计与实现
基于FPGA的QAM OFDM调制解调器设计与实现随着通信技术的不断发展,QAM(Quadrature Amplitude Modulation)OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)调制解调器在无线通信领域中扮演着重要的角色。
本文将介绍一种基于FPGA的QAM OFDM调制解调器的设计与实现。
通过该调制解调器,可以实现高效的数据传输和频谱利用率。
下面将分为几个部分来详细讲解。
一、QAM OFDM调制解调器的原理QAM OFDM调制解调器是一种将QAM调制与OFDM技术相结合的通信系统。
QAM调制是一种多级振幅调制技术,能够通过改变振幅和相位来传输多个比特。
OFDM技术则是一种将高速数据流分成多个低速数据流进行传输的技术,通过正交子载波之间的无干扰传输,提高了信号的可靠性和抗干扰能力。
二、QAM OFDM调制解调器的设计与实现1. 硬件设计QAM OFDM调制解调器的硬件设计主要包括前端基带处理模块、调制解调模块和射频模块。
前端基带处理模块负责对输入信号进行滤波、采样和量化处理;调制解调模块实现QAM调制和OFDM调制解调功能;射频模块负责信号的射频前端处理和发射接收功能。
2. 软件设计QAM OFDM调制解调器的软件设计主要包括算法设计和FPGA编程。
算法设计涉及到QAM调制算法和OFDM调制解调算法的设计与优化;FPGA编程则是将算法实现在FPGA芯片上,包括时钟控制、逻辑电路设计和I/O接口设计等。
三、QAM OFDM调制解调器的性能优化为了提高QAM OFDM调制解调器的性能,可以采用以下几种优化措施:1. 信道估计和均衡:通过估计信道的频率响应和时延等参数,对接收到的信号进行均衡处理,提高信号的抗噪声性能和传输质量。
2. 错误控制编码:采用前向纠错编码技术,通过添加冗余信息来检测和纠正传输中的错误,提高信号的可靠性和抗干扰能力。
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。
OFDM调制解调系统的设计与仿真实现源程序
clear all;close all;IFFT_bin_length = 1024; % FFT的点数carrier_count = 200; % 载波的数量bits_per_symbol = 2; % 每个符号代表的比特数symbols_per_carrier = 50; % 每个载波使用的符号数SNR = 10; % 信道中的信噪比(dB)baseband_out_length=carrier_count*symbols_per_carrier*bits_per_symb ol;%总比特数carriers = (1:carrier_count) + (floor(IFFT_bin_length/4) - floor(carrier_co unt/2));conjugate_carriers = IFFT_bin_length - carriers + 2;%发送端>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>> >>>%产生随机二进制数据:baseband_out = round(rand(1,baseband_out_length));convert_matrix=reshape(baseband_out,bits_per_symbol,length(baseband _out)/bits_per_symbol);for k = 1:(length(baseband_out)/bits_per_symbol)modulo_baseband(k) = 0;for i = 1:bits_per_symbol modulo_baseband(k)=modulo_baseband(k)+convert_matrix(i,k)*2^(bits_per_symbol-i);endend% 串并转换carrier_matrix = reshape(modulo_baseband, carrier_count, symbols_per_ carrier)'; % 对每一个载波的符号进行差分编码carrier_matrix = [zeros(1,carrier_count);carrier_matrix];for i = 2:(symbols_per_carrier + 1)carrier_matrix(i,:)=rem(carrier_matrix(i,:)+carrier_matrix(i-1,:),2^bits_p er_symbol);end% 把差分符号代码转换成相位carrier_matrix = carrier_matrix * ((2*pi)/(2^bits_per_symbol)); % 把相位转换成复数[X,Y] = pol2cart(carrier_matrix, ones(size(carrier_matrix,1),size(carrier_ matrix,2)));complex_carrier_matrix = complex(X,Y); % 分配载波到指定的IFFT位置IFFT_modulation = zeros(symbols_per_carrier + 1, IFFT_bin_length); IFFT_modulation(:,carriers) = complex_carrier_matrix;IFFT_modulation(:,conjugate_carriers) = conj(complex_carrier_matrix); % 画出频域中的OFDM信号代表figure (1)stem(0:IFFT_bin_length-1, abs(IFFT_modulation(2,1:IFFT_bin_length)), 'b*-')grid onaxis ([0 IFFT_bin_length -0.5 1.5])ylabel('Magnitude')xlabel('IFFT Bin')title('OFDM Carrier Frequency Magnitude')%figure (2)plot(0:IFFT_bin_length-1, (180/pi)*angle(IFFT_modulation(2,1:IFFT_bi n_length)), 'go')hold onstem(carriers-1, (180/pi)*angle(IFFT_modulation(2,carriers)),'b*-') stem(conjugate_carriers-1, (180/pi)*angle(IFFT_modulation(2,conjugate _carriers)),'b*-')axis ([0 IFFT_bin_length -200 +200])grid onylabel('Phase (degrees)')xlabel('IFFT Bin')title('OFDM Carrier Phase')% 通过IFFT将频域转化为时域,得到时域信号time_wave_matrix = ifft(IFFT_modulation');time_wave_matrix = time_wave_matrix';%画出一个符号周期的时域OFDM信号figure (3)plot(0:IFFT_bin_length-1,time_wave_matrix(2,:))grid onylabel('Amplitude')xlabel('Time')title('OFDM Time Signal, One Symbol Period')%画出每一个载波对应的时域信号(分离的OFDM信号)for f = 1:carrier_counttemp_bins(1:IFFT_bin_length)=0+0j;temp_bins(carriers(f))=IFFT_modulation(2,carriers(f));temp_bins(conjugate_carriers(f))=IFFT_modulation(2,conjugate_carrie rs(f));temp_time = ifft(temp_bins');figure(4)plot(0:IFFT_bin_length-1, temp_time)hold onendgrid onylabel('Amplitude')xlabel('Time')title('Separated Time Waveforms Carriers')for i = 1:symbols_per_carrier + 1windowed_time_wave_matrix(i,:)=real(time_wave_matrix(i,:)).*hammin g(IFFT_bin_length)';windowed_time_wave_matrix(i,:) = real(time_wave_matrix(i,:));end%串并转换ofdm_modulation=reshape(windowed_time_wave_matrix',1,IFFT_bin_le ngth*(symbols_per_carr ier+1));% 画出整个时域OFDMtemp_time = IFFT_bin_length*(symbols_per_carrier+1);figure (5)plot(0:temp_time-1,ofdm_modulation)grid onylabel('Amplitude (volts)')xlabel('Time (samples)') title('OFDM Time Signal')% 画出频域OFDM信号symbols_per_average = ceil(symbols_per_carrier/5);avg_temp_time = IFFT_bin_length*symbols_per_average;averages = floor(temp_time/avg_temp_time);average_fft(1:avg_temp_time) = 0;for a = 0:(averages-1)subset_ofdm=ofdm_modulation(((a*avg_temp_time)+1):((a+1)*avg_tem p_time));subset_ofdm_f = abs(fft(subset_ofdm));average_fft = average_fft + (subset_ofdm_f/averages);endaverage_fft_log = 20*log10(average_fft);figure (6)plot((0:(avg_temp_time-1))/avg_temp_time, average_fft_log)hold onplot(0:1/IFFT_bin_length:1, -35, 'rd')grid onaxis([0 0.5 -40 max(average_fft_log)])ylabel('Magnitude (dB)')xlabel('Normalized Frequency (0.5 = fs/2)')title('OFDM Signal Spectrum')% 上变频,这个模型中我们把经过IFFT运算后OFDM直接发送 Tx_data = ofdm_modulation;%信道==================================================== ===% The channel model is Gaussian (AWGN) +Multipath(时延为1) Tx_signal_power = var(Tx_data);linear_SNR = 10^(SNR/10);noise_sigma = Tx_signal_power/linear_SNR;noise_scale_factor = sqrt(noise_sigma);noise = randn(1, length(Tx_data))*noise_scale_factor;copy1=zeros(1,length(ofdm_modulation));for i=2:length(ofdm_modulation)copy1(i)=ofdm_modulation(i-1);endRx_Data = Tx_data + noise;%RECEIVE<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<< <<<<<<<<< % 根据符号长度和符号数将串行的符号转换为并行的 % - 每一列是符号周期Rx_Data_matrix = reshape(Rx_Data, IFFT_bin_length, symbols_per_car rier + 1);%对每一列信号做FFT得到频域信号Rx_spectrum = fft(Rx_Data_matrix);% 画出接收到的OFDM信号频域代表%--------1---------2---------3---------4---------5---------6---------7---------8 figure (7)stem(0:IFFT_bin_length-1, abs(Rx_spectrum(1:IFFT_bin_length,2)),'b*-')grid onaxis ([0 IFFT_bin_length -0.5 1.5])ylabel('Magnitude')xlabel('FFT Bin')title('OFDM Receive Spectrum, Magnitude')figure (8)plot(0:IFFT_bin_length-1, (180/pi)*angle(Rx_spectrum(1:IFFT_bin_leng th,2)), 'go')hold onstem(carriers-1, (180/pi)*angle(Rx_spectrum(carriers,2)),'b*-')stem(conjugate_carriers-1, (180/pi)*angle(Rx_spectrum(conjugate_carrie rs,2)),'b*-') axis ([0 IFFT_bin_length -200 +200])grid onylabel('Phase (degrees)')xlabel('FFT Bin')title('OFDM Receive Spectrum, Phase') % 抽取接收信号中有载波的点Rx_carriers = Rx_spectrum(carriers,:)';%画出每个接收符号分布图figure (9)Rx_phase_P = angle(Rx_carriers);Rx_mag_P = abs(Rx_carriers);polar(Rx_phase_P, Rx_mag_P,'bd');% 计算载波的相位% - 弧度转换为角度% - 归一化相位(0-360)Rx_phase = angle(Rx_carriers)*(180/pi);phase_negative = find(Rx_phase < 0);Rx_phase(phase_negative) = rem(Rx_phase(phase_negative)+360,360); % 用diff()计算相位差Rx_decoded_phase = diff(Rx_phase);phase_negative = find(Rx_decoded_phase < 0);Rx_decoded_phase(phase_negative) = rem(Rx_decoded_phase(phase_ne gative)+360,360);%--------1---------2---------3---------4---------5---------6---------7---------8 %相位转化为符号base_phase = 360/2^bits_per_symbol;delta_phase = base_phase/2;Rx_decoded_symbols= zeros(size(Rx_decoded_phase,1),size(Rx_decode d_phase,2));for i = 1:(2^bits_per_symbol - 1)center_phase = base_phase*i;plus_delta = center_phase+delta_phase;minus_delta = center_phase-delta_phase;decoded=find((Rx_decoded_phase<=plus_delta)&(Rx_decoded_phase> minus_delta));Rx_decoded_symbols(decoded)=i;end% Convert the matrix into a serial symbol streamRx_serial_symbols=reshape(Rx_decoded_symbols',1,size(Rx_decoded_s ymbols,1)*size(Rx_decoded_symbols,2));% Convert the symbols to binaryfor i = bits_per_symbol: -1: 1if i ~= 1Rx_binary_matrix(i,:) = rem(Rx_serial_symbols,2);Rx_serial_symbols = floor(Rx_serial_symbols/2);elseRx_binary_matrix(i,:) = Rx_serial_symbols;endendbaseband_in=reshape(Rx_binary_matrix,1,size(Rx_binary_matrix,1)*size (Rx_binary_matrix,2));% 查找错位比特bit_errors = find(baseband_in ~= baseband_out);bit_error_count = size(bit_errors,2);d_out,bits_per_symbol,length(baseband_out)/bits_per_symbol);for k = 1:(length(baseband_out)/bits_per_symbol)modulo_baseband(k) = 0;for i = 1:bits_per_symbolmodulo_baseband(k)=modulo_baseband(k)+convert_matrix(i,k)*2^(bits_ per_symbol-i);endend% 串并转换carrier_matrix = reshape(modulo_baseband, carrier_count, symbols_per_ carrier)';% 对每一个载波的符号进行差分编码carrier_matrix = [zeros(1,carrier_count);carrier_matrix]; for i = 2:(symbol s_per_carrier + 1)carrier_matrix(i,:)=rem(carrier_matrix(i,:)+carrier_matrix(i-1,:),2^bits_p er_symbol);end% 把差分符号代码转换成相位carrier_matrix = carrier_matrix * ((2*pi)/(2^bits_per_symbol));% 把相位转换成复数[X,Y] = pol2cart(carrier_matrix, ones(size(carrier_matrix,1),size(carrier_ matrix,2)));complex_carrier_matrix = complex(X,Y);% 分配载波到指定的IFFT位置IFFT_modulation = zeros(symbols_per_carrier + 1, IFFT_bin_length); IFFT_modulation(:,carriers) = complex_carrier_matrix;IFFT_modulation(:,conjugate_carriers) = conj(complex_carrier_matrix); % 画出频域中的OFDM信号代表figure (1)stem(0:IFFT_bin_length-1, abs(IFFT_modulation(2,1:IFFT_bin_length)), 'b*-') grid onaxis ([0 IFFT_bin_length -0.5 1.5])ylabel('Magnitude')xlabel('IFFT Bin')title('OFDM Carrier Frequency Magnitude')figure (2)plot(0:IFFT_bin_length-1, (180/pi)*angle(IFFT_modulation(2,1:IFFT_bi n_length)), 'go')hold onstem(carriers-1, (180/pi)*angle(IFFT_modulation(2,carriers)),'b*-') stem(conjugate_carriers-1, (180/pi)*angle(IFFT_modulation(2,conjugate _carriers)),'b*-') axis ([0 IFFT_bin_length -200 +200])grid onylabel('Phase (degrees)')xlabel('IFFT Bin')title('OFDM Carrier Phase')% 通过IFFT将频域转化为时域,得到时域信号time_wave_matrix = ifft(IFFT_modulation');time_wave_matrix = time_wave_matrix';%画出一个符号周期的时域OFDM信号figure (3)plot(0:IFFT_bin_length-1,time_wave_matrix(2,:))grid onylabel('Amplitude')xlabel('Time')title('OFDM Time Signal, One Symbol Period')%画出每一个载波对应的时域信号(分离的OFDM信号)for f = 1:carrier_counttemp_bins(1:IFFT_bin_length)=0+0j;temp_bins(carriers(f))=IFFT_modulation(2,carriers(f));temp_bins(conjugate_carriers(f))=IFFT_modulation(2,conjugate_carrie rs(f));temp_time = ifft(temp_bins');figure(4)plot(0:IFFT_bin_length-1, temp_time)hold onendgrid onylabel('Amplitude') xlabel('Time')title('Separated Time Waveforms Carriers')for i = 1:symbols_per_carrier + 1windowed_time_wave_matrix(i,:)=real(time_wave_matrix(i,:)).*hammi ng(IFFT_bin_length)';windowed_time_wave_matrix(i,:) = real(time_wave_matrix(i,:));end%串并转换ofdm_modulation=reshape(windowed_time_wave_matrix',1,IFFT_bin_ length*(symbols_per_carrier+1));% 画出整个时域OFDMtemp_time = IFFT_bin_length*(symbols_per_carrier+1);figure (5)plot(0:temp_time-1,ofdm_modulation)grid onylabel('Amplitude (volts)')xlabel('Time (samples)')title('OFDM Time Signal')% 画出频域OFDM信号symbols_per_average = ceil(symbols_per_carrier/5);avg_temp_time = IFFT_bin_length*symbols_per_average; averages = floor(temp_time/avg_temp_time);average_fft(1:avg_temp_time) = 0;for a = 0:(averages-1)subset_ofdm=ofdm_modulation(((a*avg_temp_time)+1):((a+1)*avg_te mp_time));subset_ofdm_f = abs(fft(subset_ofdm));average_fft = average_fft + (subset_ofdm_f/averages);endaverage_fft_log = 20*log10(average_fft);figure (6)plot((0:(avg_temp_time-1))/avg_temp_time, average_fft_log)hold onplot(0:1/IFFT_bin_length:1, -35, 'rd')grid onaxis([0 0.5 -40 max(average_fft_log)])ylabel('Magnitude (dB)')xlabel('Normalized Frequency (0.5 = fs/2)')title('OFDM Signal Spectrum')% 上变频,这个模型中我们把经过IFFT运算后OFDM直接发送Tx_data = ofdm_modulation;%信道==================================================== ===% The channel model is Gaussian (AWGN) +Multipath(时延为1) Tx_signal_power = var(Tx_data);linear_SNR = 10^(SNR/10);noise_sigma = Tx_signal_power/linear_SNR;noise_scale_factor = sqrt(noise_sigma);noise = randn(1, length(Tx_data))*noise_scale_factor;copy1=zeros(1,length(ofdm_modulation));for i=2:length(ofdm_modulation)copy1(i)=ofdm_modulation(i-1);endRx_Data = Tx_data + noise;%RECEIVE<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<< <<<<<<<<<<% 根据符号长度和符号数将串行的符号转换为并行的% - 每一列是符号周期Rx_Data_matrix = reshape(Rx_Data, IFFT_bin_length, symbols_per_c arrier + 1);%对每一列信号做FFT得到频域信号Rx_spectrum = fft(Rx_Data_matrix);% 画出接收到的OFDM信号频域代表%--------1---------2---------3---------4---------5---------6---------7---------8 figure (7)stem(0:IFFT_bin_length-1, abs(Rx_spectrum(1:IFFT_bin_length,2)),'b *-')grid onaxis ([0 IFFT_bin_length -0.5 1.5])ylabel('Magnitude')xlabel('FFT Bin')title('OFDM Receive Spectrum, Magnitude')figure (8)plot(0:IFFT_bin_length-1, (180/pi)*angle(Rx_spectrum(1:IFFT_bin_le ngth,2)), 'go')hold onstem(carriers-1, (180/pi)*angle(Rx_spectrum(carriers,2)),'b*-')stem(conjugate_carriers-1, (180/pi)*angle(Rx_spectrum(conjugate_carr iers,2)),'b*-')axis ([0 IFFT_bin_length -200 +200])grid onylabel('Phase (degrees)')xlabel('FFT Bin')title('OFDM Receive Spectrum, Phase')% 抽取接收信号中有载波的点Rx_carriers = Rx_spectrum(carriers,:)';%画出每个接收符号分布图 figure (9)Rx_phase_P = angle(Rx_carriers);Rx_mag_P = abs(Rx_carriers);polar(Rx_phase_P, Rx_mag_P,'bd');% 计算载波的相位% - 弧度转换为角度% - 归一化相位(0-360)Rx_phase = angle(Rx_carriers)*(180/pi);phase_negative = find(Rx_phase < 0);Rx_phase(phase_negative) = rem(Rx_phase(phase_negative)+360,360) ; % 用diff()计算相位差Rx_decoded_phase = diff(Rx_phase);phase_negative = find(Rx_decoded_phase < 0);Rx_decoded_phase(phase_negative) = rem(Rx_decoded_phase(phase_ negative)+360,360);%--------1---------2---------3---------4---------5---------6---------7---------8 % 相位转化为符号base_phase = 360/2^bits_per_symbol; delta_phase = base_phase/2; Rx_decoded_symbols= zeros(size(Rx_decoded_phase,1),size(Rx_deco ded_phase,2));for i = 1:(2^bits_per_symbol - 1)center_phase = base_phase*i;plus_delta = center_phase+delta_phase;minus_delta = center_phase-delta_phase;decoded=find((Rx_decoded_phase<=plus_delta)&(Rx_decoded_phase >minus_delta));Rx_decoded_symbols(decoded)=i;end% Convert the matrix into a serial symbol streamRx_serial_symbols=reshape(Rx_decoded_symbols',1,size(Rx_decoded _symbols,1)*size(Rx_decoded_symbols,2));% Convert the symbols to binaryfor i = bits_per_symbol: -1: 1if i ~= 1Rx_binary_matrix(i,:) = rem(Rx_serial_symbols,2);Rx_serial_symbols = floor(Rx_serial_symbols/2);elseRx_binary_matrix(i,:) = Rx_serial_symbols;endendbaseband_in=reshape(Rx_binary_matrix,1,size(Rx_binary_matrix,1)*si ze(Rx_binary_matrix,2));% 查找错位比特bit_errors = find(baseband_in ~= baseband_out); bit_error_count = size(bit_errors,2);。
OFDM调制及解调系统的设计
OFDM调制及解调系统的设计一、基本原理概述O FDM背景介绍随着无线通信的迅速发展,以OFDM为代表的多载波调制技术凭借其强大的抗多径衰落能力和较高的频谱利用率,被认为是最有前途的4G方案之一。
OFDM通信技术是多载波传输技术的典型代表。
多载波传输把数据流分解为若干个独立的子载波比特流,每个子数据流将具有低得多的比特速率,用这样低比特速率形成的低速率多状态符号去调制相应的子载波,就构成了多个低速率符号并行发送的传输系统。
OFDM系统的基本原理OFDM是一种多载波调制技术,其原理是用N个子载波把整个信道分割成N个子信道,即将频率上等间隔的N个子载波信号调制并相加后同时发送,实现N个子信道并行传输信息。
这样每个符号的频谱只占用信道带宽的1/N,且使各子载波在OFDM符号周期内保持频谱的正交性。
图1-1是在一个OFDM符号内包含4个子载波的实例。
其中,所有的子载波都具有相同的幅值和相位,但在实际应用中,根据数据符号的调制方式,每个子载波都有相同的幅值和相位是不可能的。
从图1-1可以看出,每个子载波在一个OFDM符号周期内都包含整数倍个周期,而且各个相邻的子载波之间相差1个周期。
这一特性可以用来解释子载波之间的正交性,即这种正交性还可以从频域的角度来解释,图1-2给出了相互覆盖的各个子信道内经过矩形波成形得到的符号sinc 函数频谱。
每个子载波频率最大值处,所以其他子信道的频谱值恰好为零。
因为在对OFDM 符号进行解调过程中,需要计算这些点上所对应的每个子载波频率的最大值,所以可以从多个相互重叠的子信道符号中提取每一个子信道符号,而不会受到其他子信道的干扰。
从图1-2中可以看出OFDM 符号频谱实际上可以满足奈奎斯特准则,即多个子信道频谱之间不存在相互干扰。
因此这种子信道频谱出现最大值而其他子信道频谱为零的特点可以避免载波间干扰(ICI )的出现。
{}{}00 1exp exp 1 Tn m m nj t j t dt m nTωω=⎧=⎨≠⎩⎰图1-1 OFDM 符号内包括4个子载波的情况在发送端,设串行的码元周期为t s ,速率为r s=1/t s 。
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南华大学电气工程学院《通信原理课程设计》设计题目: OFDM调制解调系统的设计专业:电子信息工程学生姓名: 谭晓倩学号: *********** 起迄日期: 2014年5月24日—2014年6月6日****:**系主任:陈忠泽《通信原理课程设计》任务书III2.对课程设计成果的要求〔包括图表(或实物)等硬件要求〕:用Matlab等编程语言实现时,写出详细的注释,并画出各种信号的时域频域波形。
设计电路,安装调试或仿真,分析实验结果,并写出设计说明书,语言流畅简洁,文字3500~5000字。
仿真设计类要求有仿真流程图、调试时的电脑屏幕截图;实物设计类要求图纸布局合理,符合工程要求,使用Protel软件绘出原理图(SCH)和印制电路板(PCB),器件的选择要有计算依据。
3.主要参考文献:[1] 樊昌信.通信原理(第6版)[M].北京:电子工业出版社,2012,12.[2] 樊昌信,曹丽娜.通信原理教程(第3版)[M].北京:国防工业出版社,2006,9.[3] 刘学勇.详解MA TLAB/Simulink通信系统建模与仿真[M].北京:电子工业出版社,2011,11.[4] 张水英,徐伟强.通信原理及MATLAB/Simulink仿真[M].北京:人民邮电出版社,2012,9.[5] 赵鸿图,茅艳.通信原理MATLAB仿真教程[M].北京:人民邮电出版社,2010,11.[6] 赵静,张瑾.基于MA TLAB的通信系统仿真[M].北京:北京航空航天大学出版社,2010,1.[7] 黄智伟.基于NI Multisim的电子电路计算机仿真设计与分析(修订版)[M].北京:电子工业出版社,2011, 6.4.课程设计工作进度计划:序号起迄日期工作内容2014.5.24~2014.5.27查阅资料,系统方案设计2014.5.28~2014.6.1 用编程语言、或者仿真软件进行设计2014.6.2~2014.6.4 程序、软件、实物的调试,排除故障,分析实验结果2014.6.5 ~2014.6.6 分析总结,整理设计报告主指导教师李圣日期: 2014 年 5 月 20日IV附件二:《通信原理课程设计》设计说明书格式一、纸张和页面要求A4纸打印;页边距要求如下:页边距上下各为2.5 厘米,左右边距各为2.5厘米;行间距取固定值(设置值为20磅);字符间距为默认值(缩放100%,间距:标准)。
二、说明书装订页码顺序(1)任务书 (2)论文正文:包括中英文摘要、目录、绪论、方案设计、硬软件设计调试(仿真过程设计及调试)、分析结论 (3)参考文献(5篇以上),(4)附录三、课程设计说明书撰写格式见范例设计任务及指标(黑体四号)☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆(首行缩进两个字,宋体小四号)1☆☆☆☆(黑体四号)正文……(首行缩进两个字,宋体小四号)1.1(空一格)☆☆☆☆☆☆(黑体小四号)正文……(首行缩进两个字,宋体小四号)1.2 ☆☆☆☆☆☆、☆☆☆正文……(首行缩进两个字,宋体小四号)2 ☆☆☆☆☆☆ (黑体四号)正文……(首行缩进两个字,宋体小四号)2.1 ☆☆☆☆、☆☆☆☆☆☆,☆☆☆(黑体小四号)正文……(首行缩进两个字,宋体小四号)2.1.1☆☆☆,☆☆☆☆☆,☆☆☆☆ (楷体小四号)正文……(首行缩进两个字,宋体小四号)(1)……①……V5结论(黑体四号)☆☆☆☆☆☆(首行缩进两个字,宋体小四号)图1. 工作波形示意图(图题,居中,宋体五号)参考文献(黑体四号、顶格)参考文献要另起一页,一律放在正文后,不得放在各章之后。
只列出作者直接阅读过或在正文中被引用过的文献资料,作者只写到第三位,余者写“等”,英文作者超过3人写“et al”。
几种主要参考文献著录表的格式为:⑴专(译)著:[序号]著者.书名(译者)[M].出版地:出版者,出版年:起~止页码.⑵期刊:[序号]著者.篇名[J].刊名,年,卷号(期号):起~止页码.⑶论文集:[序号]著者.篇名[A]编者.论文集名[C] .出版地:出版者,出版者. 出版年:起~止页码.⑷学位论文:[序号]著者.题名[D] .保存地:保存单位,授予年.⑸专利文献:专利所有者.专利题名[P] .专利国别:专利号,出版日期.⑹标准文献:[序号]标准代号标准顺序号—发布年,标准名称[S] .⑺报纸:责任者.文献题名[N].报纸名,年—月—日(版次).附录(居中,黑体四号)☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆(首行缩进两个字,宋体小四号。
另起一页。
附录的有无根据说明书(设计)情况而定,内容一般包括正文内不便列出的冗长公式推导、符号说明(含缩写)、计算机程序、整体原理图、印制电路板图等。
)VI摘要正交频分复用(OFDM)是一种多载波宽带数字调制技术。
相比一般的数字通信系统,它具有频带利用率高和抗多径干扰能力强等优点,因而适合于高速率的无线通信系统。
正交频分复用OFDM是第四代移动通信的核心技术。
论文首先简要介绍了OFDM基本原理。
在给出OFDM系统模型的基础上,用MATLAB语言实现了整个系统的计算机设计仿真并给出了程序,并对结果做出了分析关键词:OFDM,基本原理,MatlabVIIVIII目录1. OFDM基本原理 (1)2. 原理框图设计 (1)2.1框图模块分析 (2)2.1.1总设计分析 (2)2.1.2各个模块分析 (2)3. 小结 (5)3.1实验仿真结果 (5)3.2误码率的计算 (8)3.3心得体会 (8)参考文献 (9)附录 (10)(1)16QAM的调制函数 (10)(2)16QAM的解调函数 (10)(3)加窗函数 (11)(4)OFDM主程序 (11)IXX1.OFDM基本原理正交频分复用的基本原理可以概述如下:把一路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子信道中进行传输。
在频域内将信道划分为若干相互正交的子信道,每个子信道均拥有自己的载波分别进行调制,信号通过各个子信道独立地进行传输。
由于多径传播效应会造成接收信号相互重叠,产生信号波形间的相互干扰,形成符号间干扰,如果每个子信道的带宽被划分的足够窄,每个子信道的频率特性就可近似看作是平坦的。
因此,每个子信道都可看作无符号间干扰的理想信道。
这样,在接收端不需要使用复杂的信道均衡技术即可对接收信号可靠地进行解调。
在OFDM系统中,通过在OFDM符号之间插入保护间隔来保证频域子信道之间的正交性,以及消除由于多径传播效应所引起的OFDM符号间的干扰。
因此,OFDM特别适合于在存在多径衰落的移动无线信道中高速传输数据。
2.原理框图设计通过查资料得通过使用循环前缀,一方面消除了OFDM符号间干扰,另一方面保证了子载波之间的正交性,但是这种合成信号会产生较大的峰值功率,因此可以通过加窗函数来解决这个问题。
OFDM的原理框图如1所示。
图2.1 OFDM原理框图2.1框图模块分析 2.1.1总设计分析如图2所示,原始高速率比特流经过串/并变换后变为若干组低速率的比特流d (M ),这些d (M )经过调制后变成了对应的频域信号,然后经过加循环前缀、D/A 变换,通过RF 发送出去;经过无线信道的传播后,在接收机以与发送机相反的顺序接收解调下来,从而得到原发送信号。
2.1.2各个模块分析(1)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 。
(2)编码交织:交织编码可以有效地抗突发干扰。
子载波调制:OFDM 采用BPSK 、QPSK 、16QAM 、64QAM4种调制方式。
我这里采用16QAM 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 。
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16QAM 乘以归一化系数系数101,输出的复数序列即为映射后的调制结果。
(3)串并转换:将一路高速数据转换成多路低速数据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 。
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。
由于OFDM 信号的带宽为B=N ·Δf , 信号必须以Δt=1/B=1/(N ·Δf)的时间间隔进行采样。
采样后的信号用sin 表示, i = 0, 1, …, N-1,则有∑-==1/2j ,,e 1N k Nik kn in SNs π (2-1)从该式可以看出,它是一个严格的离散反傅立叶变换(IDFT )的表达式。
IDFT 可以采用快速反傅立叶变换(IFFT)来实现加入保护间隔: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。
图2.2多径情况下,空闲保护间隔在子载波间造成的干扰(4)加窗: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。
())()()()()⎪⎩⎪⎨⎧-+++=s s s T T t T t t w βπβππcos 5.05.00.1cos 5.05.0 ()s sss sT t T T t T T t βββ+≤≤≤≤≤≤10 (2-2) 图2.3经过加窗处理后的0FDM 符号示意图图2.4 经过加窗处理后的OFDM符号示意图(5)通过信道:信道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河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对大延迟时间。
(6)同步: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。
主要同步方法有使用导频,循环前缀,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。
(7)去掉保护间隔:根据同步得到的数据,分别见给每个符号的同相分量和正交分量开头的保护间隔去掉。