频分复用(OFDM)系统的原理

On wireless communication,the high rate and high quality of communication service are required to offer,and OFDM h as the advantage of the high bandwidth efficiency and strong anti-multipath ability ,so OFDM receives widespread atte ntion in recent years. OFDM is actually one kind of multi-carrier modulation .and the main idea of OFDM is Channel will be divided into several subchannels orthogonal,and then turn High-speed data signals into parallel low-speed data-f low , modulation in each of the subchannels on transmission.

The design is the use of MATLAB design a structured, modular, graphical simulation software. To provide simulation platform for OFDM technology. OFDM is required to complete the simulation modeling. The major signal mapping, m odulation, and other sub-module . Signal mapping module which is based on the corresponding modulation encoding ea ch bit Table Group into a plural . After string and the conversion of binary data , Road map on each divided into two gr oups a bit, By map the QAM constellation into plural. By using look-up table method QAM constellation is mapped. Q AM constellation is drawn. And modulation or demodulation module can be used to achieve IFFT or FFT . OFDM syst ems are used more coherent demodulation. When receiver data is demodulation, Channel estimation need to correct by the frequency selective fading and sub-carrier frequency offset the random phase shift and the magnitude of the decline. Otherwise, the bit error rate performance is very difficult to achieve practical requirements. Channel estimation is used LMS channel estimation algorithm. Finally additive white Gaussian noise channels of signal-to-noise ratio (SNR) - bit

error curves is drawn.

KEY WORDS wireless communication, multicarrier modulation, OFDM, Channel Estimation

目录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章绪论 1

1.1正交频分复用（OFDM）的来源 1

1.2 正交频分复用（OFDM）的研究背景 1

1.2.1 无线通信的发展 1

1.2.2 第4代（4G）无线通信系统 2

1.3正交频分复用（OFDM）的意义 2

1.3.1正交频分复用（OFDM）的优点 2

1.3.2 正交频分复用（OFDM）的不足之处 4

1.4 多载波技术的发展 4

第二章频分复用（OFDM）系统的原理 6

2.1 多载波调制基础 6

2.2 频分复用（OFDM）系统的技术原理 6

2.2.1 OFDM的基本原理 7

2.2.2 信号映射(mapping) 7

2.2.3 OFDM系统的数学模型 11

2.2.4 用DFT实现OFDM的调制与解调 14

2.2.5 FFT/IFFT 14

2.2.6保护间隔和循环前缀 15

2.2.7 交织 17

2.2.8 OFDM的同步技术 17

2.2.9 OFDM系统的重要参数设计 18

第三章 OFDM系统的仿真设计 20

3.1 OFDM的MATLAB仿真 20

3.1.1 MATLAB语言简介 20

3.1.2 正交频分复用（OFDM）仿真系统说明 21

3.1.3 仿真程序说明 23

3.1.4 调试过程和结果分析 33

第四章结束语 35

4.1总结 35

4.2不足与展望 35

致谢 37

参考文献 38

摘要

在无线移动通信中，要求提供高速率和高质量的通信服务，而正交频分复用(OFDM)因具有频带利用率高和抗多径能力强等优点，近年受到广泛的重视。OFDM(正交频分复用)技术实际上是多载波调制的一种。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。

本设计是利用MATLAB设计一种结构化，模块化，图形化的仿真软件，为OFDM技术的研究提供仿真平台。要求完成OFDM的仿真建模，主要完成信号映射，调制等子模块的演示。其中信号映射模块主要是根据相应的调制编码表把每个比特组转换成一个复数。经过串/并转换的二进制数据，每一路按映射方式分为2比特一组，按QAM的星座图映射成复数。而调制/解调子模块可以用IFFT/FFT来实现。OFDM 系统中更多的采用相干解调，接收端解调数据时，需要信道估计来纠正由频率选择性衰落和子载波频率偏移产生的随机的相位偏移和幅度衰落，否则系统的误码率性能很难达到实用要求。本文中信道估计采用了LMS信道估计算法。最后得到在加性高斯白噪声信道下的信噪比（SNR）－误码率曲线图。

关键词：无线移动通信，多载波调制，正交频分复用，信道估计

ABSTRACT

第一章绪论

1.1正交频分复用（OFDM）的来源

进入21世纪以来，无线通信技术正在以前所未有的速度向前发展。随着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，可以预计，未来的无线通信技术将会具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更本的变化。目前普遍的观点是，下一代的无线通信网络将是基于统一的IPv6包交换方式，向用户提供的峰值速率超过100Mbit/s【1】,并能支持用户在各种无线通信网络中无缝漫游的全新网络。为了支持更高的信息传输速率和更高的用户移动速度，在下一代的无线通信中必须采用频谱效率更高，抗多径干扰能力更强的新型传输技术。在当前能提供高速率传输的各种无线解决方案中，以正交频分复用（OFDM）为代表的多载波调制技术是最有前途的方案之一。

1.2 正交频分复用（OFDM）的研究背景

1.2.1 无线通信的发展

人类采用无线方式进行通信的历史可以追溯到19世纪末。1864年，英国物理学家麦克斯韦（J.C.Maxwell）创造性地总结了人们已有的电磁学知识，预言了电磁波的存在。1887年，德国物理学家赫兹（H.R.Herts）用试验产生出电磁波，证明了麦克斯韦的预言。1897年，意大利科学家马可尼（G.Maroni）和俄国军官波波夫（A. S.Popov）首次使用无线电波进行信息传输并获得成功。1901年，马可尼实现了从英国到纽芬兰的跨大西洋无线电信号接收，这是一次超过2700公里的远距离通信，充分显示了无线通信的巨大发展潜力。在随后一个多世纪的时间里，伴随者计算机技术和大规模集成电路技术的发展，无线通信的理论和技术不断取得进步，今天的移动通信技术已成为人们日常生活中不可缺少的重要通信方式。

早期的无线通信主要用于船舶，航空，列车，公共安全等专用领域，用户数量很少。20世纪60年代，贝尔实验室提出了蜂窝的概念，使无线通信摆脱了传统的大区制结构，为无线通信的大规模商用奠定了基础。20世纪70年代，具有高可靠性的固态微型射频硬件的发展使移动通信逐渐成熟起来。从20世纪70年代末到现在的20多年时间里，无线通信系统从第1代发展到了第3代，进入一个飞速发展的时期。据统计，1990年全球蜂窝电话的用户仅为1千万，而目前蜂窝电话的用户的数量已达到7亿。在中国，目前蜂窝电话的用户已超过

1.4亿，每月新增蜂窝电话的数量将超过1500万，移动通信市场出现了空前的繁荣。见文献[1]。