用MATLAB实现OFDM仿真分析
用MATLAB实现OFDM仿真分析
3.1计算机仿真仿真实验是掌握系统性能的一种手段。
它通过对仿真模型的实验结果来确定实际系统的性能。
从而为新系统的建立或系统的改进提供可靠的参考。
通过仿真，可以降低新系统失败的可能性，消除系统中潜在的瓶颈。
优化系统的整体性能，衡量方案的可行性。
从中选择最后合理的系统配置和参数配置。
然后再应用于实际系统中。
因此，仿真是科学研究和工程建设中不可缺少的方法。
3.1.1仿真平台硬件CPU Pentium III 600MHZ内存：128M SDRAM软件操作系统：MiCrOSOft Win dows2000 版本5.0仿真软件：The Math Works Inc. MatIab 版本6.5包括MATLAB 6.5的M文件仿真系统。
MatIab是一种强大的工程计算软件。
目前最新的6.x版本（Windows环境）是一种功能强、效率高、便于进行科学和工程计算的交互式软件包。
其工具箱中包括：数值分析、矩阵运算、通信、数字信号处理、建模和系统控制等应用工具程序，并集应用程序和图形于一便于使用的集成环境中。
在此环境下所解问题的MatIab语言表述形式和其数学表达形式相同，不需要按传统的方法编程。
MatIab的特点是编程效率高，用户使用方便，扩充能力强，语句简单，内涵丰富，高效方便的矩阵和数组运算，方便的绘图功能。
3.1.2基于MATLAB勺OFDMK统仿真链路根据OFDM基本原理，本文给出利用MATLA编写OFD系统的仿真链路流程。
串行数据经串并变换后进行QDPS数字调制，调制后的复信号通过N点IFFT变换，完成多载波调制，使信号能够在N个子载波上并行传输，中间插入10训练序列符号用于信道估计，加入循环前缀后经并串转换、D /A后进入信道,接收端经过N点FFT变换后进行信道估计，将QDPS解调后的数据并串变换后得到原始信息比特。
本文采用MATLA语言编写M文件来实现上述系统。
M文件包括脚本M文件和函数M文件，M文件的强大功能为MATLA的可扩展性提供了基础和保障，使MATLA能不断完善和壮大，成为一个开放的、功能强大的实用工具。
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调制与解调性能仿真与分析
１ ＯＦ ＤＭ 原 理
ＯＤ Ｆ Ｍ的主要思想是将串行 的数据流串并转换成 比特速率较低的 Ｊ 个并行支路码流 ，每个 支路码 ７ ｖ 流再调制在一个子载波上 ， 最后将每个子载波合成输出。由于这些子载波信号相互正交， 使得各子载波 的 频谱可以重叠 ， 大大提高了频谱效率 。 ＯＤ Ｆ Ｍ系统作为一种特殊的多载波系统 ， 每个数据周期 为 ， 设 数据流被串并转换为 Ⅳ路并行低速
调 的基 本原 理 框 图如 图 １ 所示 。
审 — ■ 州 ｌ 并 直 —． ＿■ － Ｆ — 并 ．
这 样用 Ｉｎ１Ｆ Ｆ ／ Ｔ模块 就可 实现 Ｏ Ｄ 系统 的调制解 调 过程 ， 大简化 了系统 的硬 件构 成 。 Ｆ Ｍ调 制解 Ｆ ＦＭ 大 ＯＤ
转． 并－ ■ 叵 并－Ｆ—串 １ 串 －Ｆ 转 ４ ＊ 转－Ｔ＿ ｔ ■ ． Ｉ 转 ，
被 无 线 局域 网标 准 ＩＥ ８２１ａＩＥ ８２１ｇ ＩＥ ８２１ ， ｉｅｌ ／ Ｈｇ ｅ ｏｍａｃ Ａ ｐ ） Ｅ Ｅ ０ ．ｌ ， Ｅ ０ ．ｌ ， Ｅ ０ ． Ｈｐｒ ｎ２（ｉ Ｐｒ ｒ ｎｅＬ Ｎｔ ｅ 以及 Ｅ Ｅ ６ ａ ｈ ｆ ｙ ２
数字音频广播（Ａ ） Ｄ Ｂ、 数字用户环（ Ｓ ）地面数字 电视系统（Ｖ ＿ ， Ｄ ） ４ ｘ Ｌ， Ｄ Ｄ Ｂ Ｔ Ｉ Ｂ 、 代移动通信（ ） Ｓ 第 ４ 等技术方 Ｇ
据 符号 ｄ， 以对 ｓ进行 逆变 换 ， Ｆ 得到 可 即 兀’
（ ２ ）
（ ３ ）
可 以看到时域数据信号 ｓ等效对频域数据信号 ｄ进行 Ｉ丌 运算 。同样在接收端 ， Ｆ 为了恢复 出原始的数
ｄ∑ｓｐｊｒ ＝ 唧 ， ≤≤ ＿ ， Ｆ ｋ （２告） ｅ －ｒ 导 ｘ ０ Ⅳ１
基于MATLAB的OFDM系统性能分析与仿真研究
基于MATLAB的OFDM系统性能分析与仿真研究OFDM（正交频分复用）是一种常用于无线通信系统中的多载波调制技术。
它将一个高速数据流分成多个子载波进行同时传输，提高了频谱利用率，也减小了频域上的干扰。
本文将基于MATLAB对OFDM系统的性能进行分析与仿真研究。
首先，我们需要搭建OFDM系统的仿真模型。
OFDM系统包括信号生成、子载波调制、信道传输、接收、解调和误码分析几个主要环节。
信号生成阶段，我们可以使用伪随机码（PN码）生成器产生信号序列作为待传输的数据。
然后，将信号序列进行并行-串行转换，将其分组成多个子载波。
子载波调制阶段，我们可以选择常用的调制方式，如BPSK、QPSK等。
在MATLAB中，我们可以利用内置的调制函数进行实现。
信道传输阶段，我们可以引入AWGN（加性高斯白噪声）信道模型，模拟无线信道中的噪声干扰。
通过调整信道衰落因子、信噪比等参数，可以模拟不同的信道环境。
接收阶段，我们需要进行并行信号转换成串行信号，并进行解调操作。
对于解调部分，与调制阶段相反，我们可以使用MATLAB中的解调函数，如bpskdemod、qpskdemod等。
误码分析阶段，我们通过计算误码率（BER）来评估系统性能。
可以通过比较原始信号和接收信号之间的差异，统计错误的比特数量来计算误码率。
在进行OFDM系统的性能分析与仿真时，我们可以分析以下几个方面的内容：1.调制方式对系统性能的影响：通过比较不同调制方式（如BPSK、QPSK、16QAM、64QAM等）下的误码率，评估调制方式对系统的影响。
2.子载波数量的选择：通过改变子载波的数量，比较不同子载波数量下的误码率与频谱效率，找到最佳子载波数量。
3.信道传输对系统性能的影响：通过改变信道衰落因子、信噪比等参数，比较不同信道环境下的误码率，评估信道传输对系统性能的影响。
4.信道估计与均衡：在OFDM系统中，由于信道传输的不确定性，需要进行信道估计与均衡。
基于MATLAB的OFDM系统设计与仿真
基于MATLAB的OFDM系统设计与仿真OFDM（正交频分复用）是一种高效的调制技术，广泛应用于无线通信系统中。
本文将基于MATLAB对OFDM系统进行设计与仿真，并介绍其主要步骤和关键技术。
首先，我们需要对OFDM系统进行建模。
OFDM系统由发送端和接收端两部分组成。
发送端主要包括数据源、调制器、IFFT以及保护间隔插入器。
接收端主要包括保护间隔删除器、FFT、解调器以及数据恢复。
在发送端，我们首先生成要传输的数据序列。
然后通过调制器将数据转换为带符号的复数序列。
接着，通过将复数序列进行IFFT，将频域数据转换为时间域信号。
在转换过程中，需要注意对数据进行零填充，以确保IFFT输出的结果长度是原始数据长度的整数倍。
最后，通过保护间隔插入器插入保护间隔，以减小信号之间的干扰。
在接收端，我们首先对接收到的信号进行保护间隔删除。
然后，通过FFT将时域信号转换为频域信号。
接着，通过解调器将复数序列转换为二进制数据。
最后，进行数据恢复，解码得到发送方发送的原始数据。
为了验证OFDM系统的性能，我们需要进行信道建模和误码率性能评估。
在信道建模中，我们可以选择多径信道模型，例如Rayleigh信道。
根据信道模型的不同，我们可以添加多径衰落和噪声等效果，从而模拟实际的信道环境。
在误码率性能评估中，我们可以通过比较接收到的数据与发送的原始数据，计算误码率。
在MATLAB中，我们可以使用信号处理工具箱和通信工具箱来实现这些功能。
信号处理工具箱提供了丰富的功能和算法，例如IFFT和FFT，用于信号处理和频谱分析。
通信工具箱则提供了OFDM系统建模和仿真所需的函数和工具，例如调制器、解调器等。
在进行OFDM系统设计与仿真时，我们可以根据不同的场景和需求进行调整和优化。
例如，可以尝试不同的调制方式、不同的子载波数量和间距，以及不同的保护间隔长度。
此外，还可以改变不同参数下的OFDM系统性能，如带宽利用率、误码率等。
总之，基于MATLAB的OFDM系统设计与仿真是一项重要的研究工作。
OFDM在MATLAB中的系统仿真与分析
Ｊ 长度要远远大于保护 间隔长度 。 Ｊ 【 Ｊ 在实际应 用中， 一般选择
符号周期是保护 间隔长度的５ 这样 由于插入保护 比特所 倍， 造成的信 噪比损耗 只有１ ｄ 左右。 Ｂ
厘
ｒ ＝
啦） 耩牧机 律Ｊ 理 蕊
２１子载波数 ．
子载波数可 以由信道带宽、 数据吞吐量和有用符 号持续
时间Ｔ 所决定： ＝／ Ｎ ＩＴ
子载波数可 以被设置为有用符号持续时间的倒数 ， 其数
Ｆ 处理过 的数据点相对应。 发送端 ， 输入 的高 比特流通 过调制映射产生调制信号， 经 值与Ｆ Ｔ
． 过 串并转换 为并 行的低速子数据流 ， 个 并行数据构成一个 ２２有用符号持 续 时间 每Ｎ 有用符号持续时 间Ｔ 对子载波之 间间隔和译码的等待周期 Ｏ Ｄ 符号。 ＦＭ 插入导频信号， 后经快速傅里叶反变换 （Ｆ Ｔ对 然 ＩＦ ）
经衰 落。 Ｆ Ｍ ０ Ｄ 通过 多个正交的子载波将 串行数据并行传输， 可
以增大码元 的宽度 ， 少单个码元 占用的频带， 减 抵抗 多径 引起
的频率选择 性衰落 ， 可以有效克服码 间串扰 ， 降低系 统对均衡 技术 的要求 ， 是移动通信的主要技术之一。 过Ｍ Ｔ Ａ 软件进 通 ＡＬ Ｂ 行仿真 ， 可以对系统进行优化， 从而改善系统性能。
对应２ Ｓ ， Ｐ Ｋ Ｐ Ｋ ４ Ｓ 以及８ Ｓ ， Ｐ Ｋ 并且Ｍ Ｓ 调制的另一个好 处就是该 ＰＫ
Ｇ，
（＝ ｏＮ－ … 搔 ， Ⅳ ， ） ｎＧ ，－ ＝Ｉ ｌ， …１ －
（） ３
不会 ＦＭ （ 调制方案是等能量调制 ， 由于星座 点的能量不等而为ＯＤ ２ ）
３ 仿真 根据前面的理论分析和ＯＤ 系统参数对性能影响的研究 ， ＦＭ
基于Matlab的OFDM系统仿真及分析
术 后根据估计的 FFT 窗口位置进行 FFT 运算得到频域的数据,进 行解调。然后在对应于导频的子载波位置上提取出导频信息,根
创 据导频信息估计出剩余定时误差以及剩余的信道响应误差,将 误差量送入环路进行跟踪。当收到所有数据后,重新回到信号到
软件时空
基于 Matlab 的 OFDM 系统仿真及分析
Simulation and Performance Analysis of OFDM System Based on Matlab
(东华大学) 秦 晓 婷 陈 光
QIN Xiao-ting CHEN Guang
摘要: 正 交 频 分 复 用 技 术 是 第 四 代 移 动 通 信 技 术 的 核 心 技 术 。 文 章 首 先 简 要 介 绍 了 OFDM 的 基 本 原 理 , 就 OFDM 技 术 进 行 了
对信号进行采样:
《微计算机信息》2011 年第 27 卷第 1 期
对接收信号进行 DFT 变换,在较大 N 和小的 下 可 近 似 为:
是 ICI 部分, 是高斯白噪声部分。
可以看成是功率为 从均匀分布 。
,相位在[-π,π]服
4 OFDM 仿真基本 流程描述
首先根据短训练字的特性进行相关运算,进行信号到达检测, 当检测到相关值大于门限一定次数后,认为有信号到达。然后根 据长训练字的特性,进行相关运算,进行 OFDM 符号 FFT 窗口起 始位置的估计。估计出 FFT 窗口的位置后,先在时域进行小频偏 的估计,将两个长训练字进行小频偏补偿后,进行 FFT 运算,根据
文献标识码: B
基于matlab的OFDM的仿真和研究
LOGO
第二部分:OFDM的原理
OFDM技术是一种多载波调制技术，其特点是各副载波相互正 交。设{fm}是一组载波频率，各载波频率的关系为：{fm}=f0+m/T m=0 1 2 „N-1 （1）式中，T是单元码的持续时间，f0是发送频 率。作为载波的单元信号组定义为:式中l的物理意义对应于“帧 ”（即在第l时刻有m路并行码同时发送）。其频谱相互交叠。 OFDM是由一系列在频率上等间隔的副载波构成，每个副载波数字 符号调制，各载波上的信号功率形式都是相同的。在接收端，是 个逆过程，可以解调出相应的载波，这就是OFDM的基本原理。当 传输信道中出现多径传播时，在接收副载波间的正交性将被破坏 ，使得每个副载波上的前后传输符号间以及各副载波之间发生相 互干扰。为解决这个问题，就在每个OFDM传输信号前插入一保护 间隔，它是由OFDM信号进行周期扩展而来。只要多径时延不超过 保护间隔，副载波间的正交性就不会被破坏。
LOGO
致谢
本人研究及学位论文是在我的导师余庚老师的亲切关 怀和悉心指导下完成的。他严肃的科学态度，严谨的治学精 神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。在此谨 向余老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。 在此，我还要感谢在一起愉快的度过大学生活的通信 0802的同学，正是由于你们的帮助和支持，我才能克服一个 一个的困难和疑惑，直至本文的顺利完成。从开始进入课题 到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我 无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意!最后我还要感谢 培养我长大含辛茹苦的父母，谢谢你们!
意义： OFDM利用载波间的正交性进一步提高频谱利用率,而 且可以抗窄带干扰和多径衰落。它通过多个正交的子载波将 串行的数据并行传输,可以增大码元的宽度,减少单个码元占用 的频带,抵抗多径引起的频率选择性衰落;可以有效克服码间串 扰( ISI) ,降低系统对均衡技术的要求,适用于多径环境和衰 落信道中的高速数据传输，而且信道利用率很高, 所以它对未 来的通信作用很大，对其研究和仿真能更好的体会OFDM的 各种优秀的性能。
OFDM完整仿真过程及解释(MATLAB)
OFDM完整仿真过程及解释（MATLAB）OFDM（正交频分复用）是一种多载波调制技术，在无线通信系统中得到广泛应用。
其基本原理是将高速数据流分成多个较低速的子载波，使得每个子载波的传输速率降低，从而提高了系统的可靠性和抗干扰性能。
以下是OFDM的完整仿真过程及解释。
1. 生成数据：首先，在MATLAB中生成需要传输的二进制数据，可以使用随机数生成函数randi(生成0和1的二进制序列。
2.编码：将生成的二进制数据进行编码，例如使用卷积码、块码等编码方式。
编码可以提高数据传输的可靠性，对抗信道中的噪声和干扰。
3.映射：将编码后的数据映射到调制符号，例如使用QPSK、16-QAM 等调制方式。
调制方式决定了每个符号所携带的比特数，不同调制方式具有不同的抗噪声和传输速率性能。
4.并行-串行转换：将映射后的调制符号进行并行-串行转换，将多个并行的调制符号转换为串行的数据流。
这是OFDM的关键步骤，将高速数据流分成多个较低速的子载波。
5. 添加保护间隔：为了消除多径传播引起的码间干扰，需要在串行数据流中插入保护间隔（Guard Interval），通常是循环前缀。
保护间隔使得子载波之间相互正交，从而避免了码间干扰。
6.IFFT：对添加保护间隔后的数据进行反快速傅里叶变换（IFFT），将时域信号转换为频域信号。
IFFT操作将子载波映射到频域，每个子载波代表系统的一个子信道。
7.添加导频：在OFDM符号的频域信号中添加导频，用于估计信道的频率响应和相位差。
导频通常位于频谱的首尾或者分布在整个频谱中，用于信道估计和均衡。
8.加载子载波：将导频和数据子载波合并，形成完整的OFDM符号。
数据子载波携带着编码后的数据，导频子载波用于信道估计。
9.加性高斯白噪声（AWGN）信道：将OFDM符号通过加性高斯白噪声信道进行传输。
AWGN信道是一种理想化的信道模型，可以模拟实际信道中的噪声和干扰。
10.解调：接收端对接收到的OFDM符号进行解调，包括载波恢复、频偏补偿、信道估计和均衡等操作。
基于MATLAB的OFMD仿真实验-OFDM基础
Always integer number of periods for each subcarriers during the duration of an OFDM symbol.
OFDM插入保护间隔消除ISI和ICI的具体分析专题
一、基本概念
我们已经知道，OFDM是通过给每一个OFDM符号插入一个保护 间隔的方法去消除ISI和ICI的。这里先来澄清几个概念。
transmit during the guard interval(GI), so that there are always integer number of periods for each subcarriers during the duration of an OFDM symbol T. T TGI TFFT
这样以来，我们发现插入保护间隔后，只要保护间隔长度大于 信号最大时延，那么因为多径时延造成的ISI基本就可以消除。当 然，实现这一理论的前提是，解调端解调信号时把保护间隔忽略 掉，并不把他当成是有效信号的成分。
换句话说，保护间隔长度大于信道的最大多径时 延，这样一个OFDM的多径分量就不会对下一个 OFDM符号构成干扰。下一个符号因为是以保护间隔 开头，之后才是真实数据，它不会受到上一个符号 的影响，因为上一个符号的一部分都会落在保护间 隔内。所以，积分区间选择从真实数据开始到结束 （落在下一个符号的保护间隔内）
至于ISI，在码元周期BD内，具有延时的第二子载波完全就是对 原第二子载波的完美复制，不会对第二子载波产生ISI影响了。所 以，ISI也被完美解决。
CP主要用来满足不同载波在同一采样间隔内的周期差为整数以 克服载波间干扰，并抗拒多径时延(故CP的长度主要取决于两个因 素，一是信道的相干时间长度，二是OFDM符号的持续时间
基于MATLAB的OFDM系统仿真及分析
太原科技大学毕业设计（论文）基于MALTAB的OFDM系统仿真及分析姓名_______________学院（系）_______ ___专业_______________年级_______________指导教师_______________年月日基于MALTAB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目录第一章概述................................................... - 1 -1.1 OFDM的发展及其现状...................................... - 2 -1.2 OFDM的优缺点............................................ - 2 - 第二章 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 - 第三章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 -第一章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。
用MATLAB实现OFDM仿真分析
3.1 计算机仿真仿真实验是掌握系统性能的一种手段。
它通过对仿真模型的实验结果来确定实际系统的性能。
从而为新系统的建立或系统的改进提供可靠的参考。
通过仿真，可以降低新系统失败的可能性，消除系统中潜在的瓶颈。
优化系统的整体性能，衡量方案的可行性。
从中选择最后合理的系统配置和参数配置。
然后再应用于实际系统中。
因此，仿真是科学研究和工程建设中不可缺少的方法。
3.1.1 仿真平台●硬件CPU：Pentium III 600MHz内存：128M SDRAM●软件操作系统：Microsoft Windows2000 版本5.0仿真软件：The Math Works Inc. Matlab 版本6.5包括MATLAB 6.5的M文件仿真系统。
Matlab是一种强大的工程计算软件。
目前最新的6.x版本 (windows环境)是一种功能强、效率高、便于进行科学和工程计算的交互式软件包。
其工具箱中包括:数值分析、矩阵运算、通信、数字信号处理、建模和系统控制等应用工具程序，并集应用程序和图形于一便于使用的集成环境中。
在此环境下所解问题的Matlab语言表述形式和其数学表达形式相同，不需要按传统的方法编程。
Matlab的特点是编程效率高，用户使用方便，扩充能力强，语句简单，内涵丰富，高效方便的矩阵和数组运算，方便的绘图功能。
3.1.2 基于MATLAB的OFDM系统仿真链路根据OFDM 基本原理，本文给出利用MATLAB编写OFDM系统的仿真链路流程。
串行数据经串并变换后进行QDPSK数字调制，调制后的复信号通过N点IFFT变换，完成多载波调制，使信号能够在N个子载波上并行传输，中间插入10训练序列符号用于信道估计，加入循环前缀后经并串转换、D /A后进入信道,接收端经过N点FFT变换后进行信道估计，将QDPSK解调后的数据并串变换后得到原始信息比特。
本文采用MATLAB语言编写M文件来实现上述系统。
M文件包括脚本M文件和函数M文件，M文件的强大功能为MATLAB的可扩展性提供了基础和保障,使MATLAB能不断完善和壮大，成为一个开放的、功能强大的实用工具。
MATLAB实验OFDM误码率仿真(AWGN)
和梳状导频两种，本次实验中插入的是块状导频，所谓的块状分布就是指导频在时域周期 性的分配给 OFDM 符号，这种导频分布模式特别适用于慢衰落的无线信道，由于训练符号包 含了所有的导频，所以在频域就不需要插值，因此这种导频分布模式对频率选择性衰落相 对不敏感。 4、 IFFT 和插入保护间隔： OFDM 信号的调制表达式和信号的 IFFT 的表达式相吻合， 所以 OFDM 信号的调制可以通过 IFFT 来实现。 由于无线信道存在多径时延现象， 从而会产生码间干扰， 为了克服这种影响，可以再每个 OFDM 符号前面加入一段循环前缀，理论上只要循环前缀的 长度大于最大时延扩展，则能克服多径时延，从而消除了码间干扰。加入循环前缀之后再 对信号进行并串转换，此时得到的信号就是待发送信号。 5、信道建模：得到的待发送信号要通过信道到达接收端，因此在理论研究中要进行信道建 模，从而模拟信号真实的传播环境。本次实验中涉及到的信道为 AWGN 信道和瑞利衰落信道 信号经过信道后要经历的处理大致为发射端的逆过程，与发射端不同的是，在接收端存在 信道估计。 6、信道估计：无线信道的基本特性就是存在不稳定性，信号经过信道后可能会产生多径时 延、多普勒频移、相偏等现象。因此信号经过信道后会产生严重的失真，如果在接收端我 们知道信道的特性，也就是说，我们知道信道对信号的影响，那么我们就能将信道对信号 的影响去除掉。而在接收端信道的特性是通过信道估计来得到的。信道估计一般可以分为 盲信道估计和非盲信道估计，前者即通过接收信号的统计特性来得到信道的特性，这种方 法计算比较复杂，而且精度不高；基于训练序列的信道估计即为在发送端发送一些已知的 序列，接收端利用这些已知序列的接收信号来对信道进行估计，传统的估计方法有 LS 算法 和 MMSE 算法。
四、实验报告要求
OFDM技术仿真(MATLAB代码)
第一章绪论1.1简述OFDM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。
多载波传输把数据流分解成若干子比特流，这样每个子数据流将具有低得多的比特速率，用这样的低比特率形成的低速率多状态符号再去调制相应的子载波，就构成多个低速率符号并行发送的传输系统。
正交频分复用是对多载波调制（MCM，Multi-Carrier Modulation）的一种改进。
它的特点是各子载波相互正交，所以扩频调制后的频谱可以相互重叠，不但减小了子载波间的干扰，还大大提高了频谱利用率。
符号间干扰是多径衰落信道宽带传输的主要问题，多载波调制技术包括正交频分复用(OFDM)是解决这一难题中最具前景的方法和技术。
利用 OFDM技术和IFFT方式的数字实现更适宜于多径影响较为显著的环境，如高速 WLAN 和数字视频广播 DVB等。
OFDM作为一种高效传输技术备受关注，并已成为第4代移动通信的核心技术。
如果进行OFDM系统的研究，建立一个完整的OFDM系统是必要的。
本文在简要介绍了OFDM 基本原理后，基于MATLAB构建了一个完整的OFDM 动态仿真系统。
1.2 OFDM基本原理概述1.2.1 OFDM的产生和发展OFDM的思想早在20世纪60年代就已经提出，由于使用模拟滤波器实现起来的系统复杂度较高，所以一直没有发展起来。
在20世纪70年代，提出用离散傅里叶变换（DFT）实现多载波调制，为OFDM的实用化奠定了理论基础；从此以后，OFDM在移动通信中的应用得到了迅猛的发展。
OFDM系统收发机的典型框图如图1.1所示，发送端将被传输的数字信号转换成子载波幅度和相位的映射，并进行离散傅里叶变换（IDFT）将数据的频谱表达式变换到时域上。
IFFT变换与IDFT变换的作用相同，只是有更高的计算效率，1基于MATLAB 实现OFDM 的仿真2所以适用于所有的应用系统。
其中，上半部分对应于发射机链路，下半部分对应于接收机链路。
OFDM系统接受和发送的matlab仿真及分析
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EE326 wireless lab – 11/12
Chaoyun_Song_08116649
After the channel we have to add AWGN to the signal. For a given value of Eb/No, the SNR= EbNo+10*log10(k)+10*log10(52/64). The scatterplot after across the mutipath delay channel and add AWGN is like:
Discussion
1.The CCDF vs. PAPR of OFDM signal
The definition of PAPR is during a measure time, the ratio between signal’s peak power and signal’s average power.
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Chaoyun_Song_08116649
Transmitter
From the baseband output, there have a random bits signals. The length of the signal in this experiment is set as: bit per symbol*number of subcarrier*symbols per subcarrier. In this experiment, because it is defined as IEEE802.11a, so we set the parameters like:
基于Matlab的OFDM仿真实现及性能分析-阵列被动时反OFDM水声通信技术研究
摘要随着人们对海洋的探索，开发和利用的程度不断加深，水声通信已经慢慢成为水声工程应用的一个研究热点，它对海洋环境下的信息交流有着重要的意义。
海洋环境复杂多变，水声通信的性能主要受这些方面的制约：一是水声信道的多径效应，造成了码间干扰，这种干扰在水平方向通信时尤为严重；二是多普勒扩展严重；三是水声信道的时空多变特性造成的相位起伏。
另外，水声通信还有信道带宽窄、背景噪声高等特点。
针对以上这些不利因素，本文重点研究被动时反技术，OFDM通信技术和Turbo编码技术在水声通信中的综合应用。
主要研究内容如下：1、介绍时反技术的基本原理，主要研究表征时反处理性能的Q函数的特性。
研究表明，阵的Q函数比单个阵元的Q函数有更高的主旁瓣比，且不随海洋环境的变化而剧烈变化。
3、研究将时反技术与OFDM相结合的意义。
由于真实海洋通信中，例如浅海通信，信道时延扩展往往很大，如果在信号中插入长度大于信道时延扩展的保护间隔，这将严重降低信息的传输速率，并导致较大的功率损失。
时反技术可以压缩信道的时延扩展，从而降低对OFDM保护间隔的长度的要求，保证OFDM 的通信性能。
通过被动时反OFDM（TR-OFDM）与传统最大比合并OFDM （MRC-OFDM）通信性能的比较，证实了以上观点。
4、研究Turbo在水声通信中的应用。
通过基于Turbo编码的阵被动时反OFDM通信系统仿真研究，发现Turbo编码后的阵被动时反OFDM通信误码率明显低于没有编码的阵被动时反OFDM通信误码率。
通过将Turbo编码与卷积编码做比较，发现相同码率下，Turbo编码的阵被动时反OFDM通信性能强于卷积编码。
通过上述理论和试验的研究可以发现：被动时反技术，OFDM通信技术和Turbo编码技术在水声通信中的综合应用可以有效抑制多径干扰，提高动态海洋环境下的通信稳健性，提高通信速率，并减少安装空间，取得良好的通信性能。
相信随着自身技术的逐渐成熟，综合上述技术的水声通信在军事和国民经济建设中会有更好的应用前景。
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3.1 计算机仿真仿真实验是掌握系统性能的一种手段。
它通过对仿真模型的实验结果来确定实际系统的性能。
从而为新系统的建立或系统的改进提供可靠的参考。
通过仿真，可以降低新系统失败的可能性，消除系统中潜在的瓶颈。
优化系统的整体性能，衡量方案的可行性。
从中选择最后合理的系统配置和参数配置。
然后再应用于实际系统中。
因此，仿真是科学研究和工程建设中不可缺少的方法。
3.1.1 仿真平台●硬件CPU：Pentium III 600MHz内存：128M SDRAM●软件操作系统：Microsoft Windows2000 版本5.0仿真软件：The Math Works Inc. Matlab 版本6.5包括MATLAB 6.5的M文件仿真系统。
Matlab是一种强大的工程计算软件。
目前最新的6.x版本 (windows环境)是一种功能强、效率高、便于进行科学和工程计算的交互式软件包。
其工具箱中包括:数值分析、矩阵运算、通信、数字信号处理、建模和系统控制等应用工具程序，并集应用程序和图形于一便于使用的集成环境中。
在此环境下所解问题的Matlab语言表述形式和其数学表达形式相同，不需要按传统的方法编程。
Matlab的特点是编程效率高，用户使用方便，扩充能力强，语句简单，内涵丰富，高效方便的矩阵和数组运算，方便的绘图功能。
3.1.2 基于MATLAB的OFDM系统仿真链路根据OFDM 基本原理，本文给出利用MATLAB编写OFDM系统的仿真链路流程。
串行数据经串并变换后进行QDPSK数字调制，调制后的复信号通过N点IFFT变换，完成多载波调制，使信号能够在N个子载波上并行传输，中间插入10训练序列符号用于信道估计，加入循环前缀后经并串转换、D /A后进入信道,接收端经过N点FFT变换后进行信道估计，将QDPSK解调后的数据并串变换后得到原始信息比特。
本文采用MATLAB语言编写M文件来实现上述系统。
M文件包括脚本M文件和函数M文件，M文件的强大功能为MATLAB的可扩展性提供了基础和保障,使MATLAB能不断完善和壮大，成为一个开放的、功能强大的实用工具。
M文件通过input命令可以轻松实现用户和程序的交互，通过循环向量化、数组维数预定义等提高M文件执行速度，优化内存管理，此外，还可以通过类似C++语言的面向对象编程方法等等。
图3-1 仿真链路模型3.2 循环前缀及信道估计对系统误码率的改善分析本文主要研究循环前缀对系统误码率的改善分析 3.2.1 循环前缀OFDM 系统中，每个并行数据支路都是窄带信号，可近似认为每个支路都经历平坦衰落，这样就减小了频率选择性衰落对信号的影响。
同时，每路子数据流速率的降低，减小了符号间干扰(ISI)。
此外，还可以通过加保护间隔的办法完全消除符号间干扰。
假设每个OFDM 符号由Y 个样值组成，由于时延扩展，接收端将会有和信道冲激响应持续时间相对应的前L(L<Y)个样值发生错误，为此,可以在发送信号前端加上M 个样值，接收端收到信号时，先去掉前M 个样值,然后再进行FFT ，只要M ≥L 就可完全消除ISI 。
最初的保护间隔是用空数据填充的,这虽然消除了ISI ，但却破坏了信道间的正交性。
后来, Peled 和Ruiz 提出了用循环前缀填充保护间隔的方法，即把Y 个样值的最后M 个复制到个OFDM 符号的前端作为保护间隔，利用循环卷积的概念，只要循环前缀的长度大于信道的冲激响应，信道间仍是正交的。
符号周期由T 增加至T ′= T +∆T ，∆T 是保护时隙，增加保护时隙会降低频谱利用率,所以∆T 一般小于等于T/4。
3.2.2 系统仿真结果分析用上述OFDM 系统的实现方法进行OFDM 传输系统的仿真,系统参数见表3-1输入串并 交换 QPSK 调制FFT插入 保护 间隔衰减 计算高斯 白噪 信道去保 护间 隔IFFTQPSK 解调并串 交换 误码 计算 输出3-1 仿真系统参数并行子信道个数64FFT 的长度64载波个数64符号速率25000循环次数100调制方式QPSK循环一次OFDM符号个数10首先基本参数设置成如上表所示，再分别设置保护间隔为18和32，然后改变输入信号的信噪比为：3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13。
图3-2 相同信道（64）插入不同保护间隔下误码率比较图3-3 相同信道（128）插入不同保护间隔下误码率比较图3-4 相同信道（256）插入不同保护间隔下误码率比较如图3-2可知，误码率随着信噪比的增加而逐渐减小，直至趋于理想化的误码率为0。
data1（下方曲线）是插入保护间隔为18时的误码率曲线，data2（上方曲线）是插入保护间隔为32时的曲线，可见在插入保护间隔过大时，会造成在信噪比低时的高误码率，但随着信噪比的增加，误码率会趋于相同。
改变并行子信道的个数为200，如图3-3，3-4，做相同的比较，可得同样的结论。
如图3-5与图3-6可知，在插入相同保护间隔的情况下，并行子信道的个数越多，信道传输信息的误码率越低。
并且大大提高了频谱的利用率。
这就充分说明OFDM系统的优点，可以把串行高速数据流成若干路并行低速数据流，每路低速数据流被调制在彼此正交的子载波上，然后所有子载波叠加在一起构成发送信号。
这种技术具有在杂波干扰下传送信号的能力，可以利用在容易受外界干扰或者抵抗外界干扰能力较差的传输介质中。
因此，OFDM的应用前景十分光明。
图3-5 相同保护间隔下插入不同信道（64、128、256）误码率比较图3-6 相同保护间隔（32）下插入不同信道（128、200）误码率比较OFDM技术在实现的过程中，需要根据相应的信道条件和系统要求进行合理设计，才能发挥其优势。
系统的参数选择，导频和同步方案的设计，均衡和编码技术的结合使用，都需要在实现之前进行优化设计，所以仿真工作是必不可少的。
OFDM的系统仿真是一个非常复杂的问题。
根据研究问题的侧重点，可以采用不同的仿真工具和方法分开进行。
目前许多系统级的仿真工具都支持OFDM系统的仿真，对于具体的算法则可以使用更加灵活的程序语言工具进行仿真。
OFDM系统的仿真是可以优化整个系统的参数和指标，缩短开发的周期。
结合我们的实践经验，系统的分析了OFDM实现中的关键技术，通过一个实例给出了OFDM系统仿真的基本框架，但在具体的系统设计中，还有很多更复杂的问题需要解决，尤其是同步技术，本文给出的只是系统设计时需要宏观考虑的问题。
第4章结论随着数字时代的到来，OFDM技术给通信领域注入了新的活力。
正如绪论中所述，OFDM 技术良好的性能在计算机网络、数字音频/视频广播、移动通信、卫星通信等多个领域中都有体现。
本文首先介绍了OFDM系统的关键技术，然后又分析了OFDM系统的原理，在OFDM系统原理的基础上，详细设计了一个基于MATLAB的系统仿真链路模型，并进行了计算机仿真，同时详细分析了仿真结果。
通过对该系统的仿真及分析，可以得到如下结论：a)IFFT/FFT变换可以有效的实现OFDM信号的调制解调。
b)OFDM可以有效的提供系统频带利用率。
c)信息流的误码率随着信噪比的增加而逐渐减小。
d)信息传输时，并行信道的个数越多信息流的误码率越小。
本文所做的只是系统传输误码率的仿真，在实际应用中，大多需要将OFDM同相和反相两路信号调制成一路信号后，进行射频调制。
这时，系统的同步问题将是仿真的重点。
需要充分考虑系统的频率同步问题，频率的偏移将导致系统子载波得正交性变差，严重影响系统的正常工作。
OFDM的同步也是当前通信领域里的一个研究热点。
事物是在不断发展中，OFDM 技术也需要发展。
通过与新技术的结合，OFDM技术将不断完善。
其良好的性能预示着它将拥有一个广阔的前景。
致谢在论文的结束，特附上此致谢，感谢在写本文期间给予了我热心帮助的老师、同学和朋友：感谢在本科学习期间给予我热心帮助的老师、同学和朋友。
首先要感谢指导老师：常怡萍，感谢这一个多学期来常老师在学习、工作中给予的关心和帮助。
本文的研究工作也是在常老师的悉心指导下完成的。
常老师严谨求实的工作作风都使我受益匪浅。
尤其是她对当今科技前沿的把握，使我所做的工作具有非常广泛的应用前景。
在她耐心细致的指导下，我的专业知识得以扩充，学习能力得以提高，论文的工作也得以顺利地进行。
所以，再次向常老师表达我最诚挚的谢意。
在这两年的学习生活中，还得到了学校多位老师的热情帮助。
他们经常给我讲解当今世界前沿技术，给了我许多启发。
在此一并感谢。
最后还要感谢我的同学以及本科学习期间的舍友们，和他们一起度过两年和谐融洽的宝贵时间，和他们建立的友谊和我所学到的知识同样弥笃可贵。
这两年来的每一点成绩和进步都得益于我身边的很多人，在此谨向所有关心过我，帮助过我的老师和朋友表示衷心的感谢。
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