摘 要

近年来，世界范围内的通信技术飞速发展，尤其是无线通信，更是人们通信交流的重点方式，无数学者也在努力为其进行质量的提升。然而，无线通信任然面临诸多问题：频率性衰落性、各种反射导致信号的复杂性等等。尤其在高速传输环境中，信号的干扰问题十分严重，其中之一便是符号间干扰（ISI），面对这一问题，一种新兴技术应运而生，这便是正交频分复用（OFDM）。

OFDM技术作为第四代通信的核心技术，在多载波传输、数字信号处理、数字调制等技术的基础上，最大限度地利用了多载波传输，因而具有很高地传输速率和很强地抗干扰能力，这是现代高速通信中极为看中的优势。目前，OFDM技术已经在无线局域网、地面数字视频广播和数字音频广播中取得广泛地应用。

本文介绍了正交频分复用的基本原理，讨论了信号调制技术，给出了OFDM系统模型，并分析了其性质和DFT实现。从频域角度对OFDM信号进行分析。最后，在给出的系统模型的基础上，利用MATLAB语言对OFDM系统进行了计算机仿真。

关键词：正交频分复用系统、MATLAB仿真、保护间隔

Abstract

In recent years, the rapid development of communication technology in the world, especially wireless communication, is the key way for people to communicate with each other. However, wireless communication still faces many problems: frequency fading, signal complexity caused by various reflections and so on. Especially in the high speed transmission environment, the signal interference problem is very serious, one of them is intersymbol interference (ISI), in the face of this problem, a new technology arises at the historic moment, this is the orthogonal frequency division multiplexing (OFDM).

OFDM technology as the core of the fourth generation communication technology, in multicarrier transmission, digital signal processing, digital modulation technology, on the basis of maximizing the multicarrier transmission, therefore has the very high transmission rate and strong anti-jamming capability, this is the very look at the advantages in modern high-speed communication. At present, OFDM technology has been widely used in wireless LAN, ground digital video broadcast and digital audio broadcast.

This paper introduces the basic principle of orthogonal frequency division multiplexing, discusses signal modulation technology, presents the model of OFDM system, and analyzes its properties and DFT implementation. The OFDM signal is analyzed from the perspective of frequency domain. Finally, on the basis of the given system model, OFDM system is simulated by using MATLAB language.

Key word: Orthogonal frequency division multiplexing system、MATLAB simulation、guard interva

目录

摘要 I

Abstract II

1 绪论 4

1.1研究的背景 4

1.2研究的目的及意义 4

1.3研究现状及发展趋势 6

1.3.1 OFDM的发展 6

1.3.2 OFDM的应用 7

2 OFDM的原理 8

2.1正交频分复用系统（OFDM）的基本原理 8

2.2串并转换 9

2.3子载波调制 9

2.4 傅里叶变换 10

2.5傅里叶变换过采样 10

2.6 调制方式 10

3 OFDM系统的仿真实现 12

3.1MATLAB的简介 12

3.2OFDM系统的收发机 13

3.3OFDM系统仿真 13

3.3.1基本参数选择 13

3.3.2 串行数据的产生 14

3.3.3 IFFT/FFT 运算 15

3.3.4 保护间隔和循环前缀 15

3.3.5实验仿真结果 15

4 结束语 22

参考文献 23

致 谢 24

附录Ⅰ 25

附录Ⅱ 26

1 绪论

1.1研究的背景

由于通信技术的迅速发展，其传输的方式也有着很大的改变，古代有飞鸽传书、快马传信，到近代有电报，再到现代从有线通信到无线通信到光纤通信，而这些通信技术的进步的本质都是信道和介质的变换。对于传统的传输方式（模拟传输、数字基带传输、2ASK、2PSK、2FSK等），它们所采用的调制方式都是单载波调制，也就是说用数据流的基带信号去调制一个载波，这些方式对于高速发展的通信系统来说也是越来越不适用了，而频分复用采用多载波调制方式的传输系统，也由于其把总宽带分为了多个互不重叠的子信道，每一个子信道被不同的载波所调制，实现其频分复用的效果，但这种方式会有信道间的干扰，所以它的效率会受到影响，也不能保证最后的质量。以上种种原因推动着一种新的技术亟待出现，而正交频分复用系统以其高的频率利用率、子信道划分技术好、抗干扰能力强、容易实现等优点，迅速成为人们的研究热点，而且这种系统可以完美地和多种其他技术兼容，这样不但可以灵活地增加通信容量，而且可以满足更多的通信的要求。

随着现代通信技术发展的越来越迅速和成熟，国内外很多专家对于OFDM系统的研究也是越来越重视。国外已经将OFDM系统引用于许多方面，如欧洲的音频和视频广播、北美和欧洲的高速无线局域网系统。我国相关领域虽然未处于领先地位，但对于OFDM系统的研究是非常重视的，在无线局域网领域，我国主要是以2.4GHz频段为主，在音频和视频广播方面我国研究并试播采用的是Eureka-147标准。 对于这一方兴未艾的技术，它已经在很多领域中显示出蓬勃的生命力，例如在无线局域网（WLAN）方面利用OFDM对超宽带进行的研究、新型星座图优化技术在频分复用系统中的应用、光正交频分复用系统传输技术、电力通信中的正交频分复用技术研究与应用 ，这些无不昭示着OFDM系统的光明前景。

1.2研究的目的及意义

无线通信技术已经在4G时代一段时间了，但无论是通信速度还是通信质量仍然与人们地期待存在一定地距离，科学技术没有止境，人们也需要更加快捷高效的通信方式。作为新兴通信技术之一的OFDM系统，虽然有着很好的前景，但是仍是有诸多问题需要解决。本文从OFDM模型出发，意在更好地分析OFDM系统中的信号状况。

对于OFDM技术的实现，由于其各个载波的正交性，通常采用快速傅里叶（FFT）来进行调制，然而由于发射机和接收机的稳定性、射频功率放大器的线性需求、傅里叶转换设备的复杂程度等等因素，使其投入到实际应用出现了不少困难。幸运的是，20世纪80年代大规模集成电路的飞速成长解决了FFT实现困难的问题，不少集成芯片也能更好地化解通信中的设备障碍，特别是编码技术和信道技术的发展也进一步加快着OFDM的前进，使得这一领域能更好地发展下去。

现在是一个信息时代，信息和数据的爆炸性增长，人们希望更好的信息技术能服务于大众，对于拥有众多优点的OFDM，通信领域自然对其抱有颇高的期望，如何解决OFDM的种种应用中的困境，更好地去分析，去解决自然需要我们更多地关注和研究。对于ITU提出地B3G/4G目标，OFDM已经在其中发挥了重大作用，特别是以OFDM选作为4G的主流技术，已经表现了人们对于OFDM极大信赖和认可。在即将到来的5G时代，相信OFDM仍然能给我们呈现一个更加高速，更加稳定的通信盛况。

目前，OFDM系统有很多有点，但也需要更多的技术支持来将其发挥出来，对于其中的关键技术，主要有以下几点：

1. 时域和频域同步

和众多高速通信一样，OFDM对信号的同步要求较高，稍微的时域或频域的偏移都可能导致信号的紊乱，特别是与一些多址方式结合使用时，这些问题表现得更加明显。在数字通信系统中，对于同步的操作一般分两个步骤：捕获和追踪。在无线通信中，基站信号通过下行链路发送信号到各个移动端，这一过程保持信号同步比较简单，而不同端通过上行链路传到基站也需要保持同步，以保证不同终端发送过来的子载波的正交性，这一过程相对困难，即基站根据移动端发送过来的信息进行时域和频域信息的提取，然后发回给移动终端，以让移动终端进行同步，其中，频域的同步和时域的同步可以依次进行，也可同步进行。

1. 信道估计

对于OFDM的信道，由于其在传播信号时，容易造成信号的衰落，因此需要对信道信号进行时刻的跟踪，这就要求导频信号不断地发送，以确保信号地质量。信道对信号的传播影响自然不言而喻，因此，如何设计一个导频跟踪能力好并且复杂度较低的信道估计器也成为人们较为关注的问题。

1. 信道编码和交织

对于信号的传播，尤其是远距离的传播，信道的编码和交织现得必不可少。在信号的传播过程中，信道编码可以有效地抑制信道衰落中地随机错误，而信道地交织技术的应用则可以处理信道衰落中的突发错误。因此，在实际应用生产中，这两种技术基本都会涉及，以提高整个OFDM系统的性能。由于OFDM系统已经具有分集特性，因此利用分集特性来改善信道性能的均衡技术无法对其产生作用，但其独特的结构却形成了自己独有的编码方式－－COFDM。

1. 降低峰值平均功率比

OFDM信号在时域上表现为多个正交子信号的叠加，当信道中N个子信号的叠加正好是波峰叠加时，OFDM就会产生一个最大的叠加信号，其峰值是平均峰值的N倍。这些视叠加情况不同而显示的不同信号，都需要让其进行不失真地传播，因而对高功率的放大器(HPA)的线性度和接收端放大器以及A/D转换器的线性度都有较高的要求。以上信号的传播过程的设备难题也实实在在影响着OFDM的实际应用。现在，人们正尝试运用信号扰码技术、信号畸变技术和信号空间扩展技术等来解决这一问题。

(5)均衡

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