ofdm无线通信技术的研究及仿真(附件)【字数：18421】
摘 要 摘 要在一个基本的通信系统当中，系统传输信道的总频带带宽，被划成了多个频带种类不同的子信道，而且每一个子信道都有一个专属的信源符号对其进行调制，频分复用技术由此而来。人们希望在数据传输过程中减少各个子信道之间的相互干扰，因此必须要确保载波与载波之间的正交性。所以在传统的频分复用技术当中，人们将在不同的载波频率之间插入间隔来保护载波的正交性，接着滤波器会接收所需的信息，由于不同载波频率被保护频带分隔开，因此很少一部分频谱会被利用。正交频分复用技术在高速传输的同时还可以对抗符号间的干扰，近年来，这一优点使其引起了越来越多研究者的关注。在多载波传输方案当中，正交频分复用技术是最受欢迎的一种传输方案，并且最容易应用到实际当中。虽然OFDM技术依旧利用频分复用的原理，但通过利用基带处理代替了带通滤波器，不仅快速而且简便，这也是OFDM技术的优点之一。本次设计通过探索正交频分复用技术的发展以及目前取得的成就，了解OFDM技术并且对其原理进行深入的研究，总结出正交频分复用技术的利弊以及改善方法。通过使用MATLAB软件对程序进行仿真从而实现OFDM系统模型，并对仿真结果进行分析比较研究，结合OFDM技术的特点进一步的探索OFDM技术应用。关键词正交频分复用；传输；正交性；载波；干扰摘 要 I
目 录
摘 要 I
Abstract II
第一章 绪论 1
1.1 引言 1
1.1.1 OFDM的定义 1
1.1.2 OFDM技术的发展历程 1
1.2 OFDM技术在生活中的应用 3
1.2.1 OFDM技术应用于ADSL 3
1.2.2 OFDM在电力线通信中的应用 3
1.2.3 有线电视网络中OFDM的应用 4
1.2.4 OFDM在数字传媒领域的的应用 4
1.2.5 OFDM在无线城域网中的应用 5
1.3 OFDM的优缺点 5
1.4 论文的主要内容安排 7
第二章 OFDM基本原理 8
2.1 单载波的传输 8
2.1.1 单载波基带传输 8
2.1.2 ISI和奈奎斯特准则 9
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2.2 多载波传输 9
2.2.1 多载波传输方案的基本结构 9
2.3 OFDM的调制方式 11
2.4 串并转换 11
2.5 DFT的应用 12
2.6 保护间隔、循环前缀 12
2.7 OFDM的信道分配 13
2.8 OFDM中的同步技术 14
2.8.1 PAPR减小技术 14
2.8.2 信道估计技术 15
2.9 本章小结 16
第三章 OFDM的传输方案及仿真 17
3.1 OFDM的传输方案 17
3.2 子载波频谱的仿真 21
3.3 检验正弦信号间的正交性 23
3.4 本章小结 25
第四章 总结与展望 26
4.1 总结 26
4.2 展望 27
致 谢 28
参考文献 29
第一章 绪论
1.1 引言
早在上个世纪中期，就有人提出了具有频带混叠特性的多载波通信方案，并且这种方案在传输过程当中，各个子载波之间的载波频率具有正交性，这就是所谓的正交频分复用技术（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）。这种技术在传送信号的时候并不会受到其他杂波的干扰，因此在抗干扰能力很差的传输介质当中，我们常常使用OFDM技术来抵抗外界带来的干扰。
1.1.1 OFDM的定义
正交频分复用技术，这种“正交”表示一种数学关系，它在载波频率之间非常精细准确。使得OFDM系统在传输过程中不仅可以充分利用信道的带宽，并且能避免在高速均衡和抗突发噪声时产生差错而带来的影响。OFDM是多载波通信方案中应用最广的一种，单独一个用户的信息流经过串/并转换器，被转换成为许多个低速率的码流，而这些码流都由一个子载波进行发送传输[1]。并且分隔子载波的时候可以不用带通滤波器，通过快速傅里叶变换（FFT）来选用波形，而那些子载波即使已经混叠也依然可以保持正交[2]。在正交频分复用技术当中，无线信道的频率响应曲线基本都不是平坦的，而OFDM技术把总的信道在频域内分成若干的正交子信道，并且每一个子信道上都有一个相应的子载波对其进行调制。各个子信道之间可以进行窄带传输，而且信道与信道之间相对平坦，即使总的信道是不平坦的，也不会对其子信道产生影响，子信道信号的带宽远远小于信道的相应带宽，所以各个信号波形之间不会产生相互干扰，于此同时也提高了频谱的利用效率。在OFDM技术当中，为了保持各个载波相互之间的正交性，所以在通过快速傅里叶逆变换调制之后，给每个子载波都分配不同的频谱分量。
1.1.2 OFDM技术的发展历程
OFDM技术很容易实现信道的均衡，并且可以降低均衡器的复杂性。最早OFDM的应用并不常见，在1971年时，Ebert和Weinstein提出了可以通过采用离散傅立叶变换的方式去等效多个调制解调器的功能，由此一来OFDM技术开始越来越趋于实用化[3]。近几年由于大规模集成电路技术和数字信号处理技术发展的十分迅速，致使那些OFDM技术发展中的障碍都不再影响其发展。在此同时，随着无线通信技术的高速发展，尤其是无线多媒体技术，人们对数据传输速率的要求趋于更高。传统的单载波调制方式并不能满足人们的需求，传输速率越高，信道间的干扰会变得越来越严重，想要达到信道均衡也是难上加难，所以人们开始寻找一种有效地解决方式，因此OFDM技术的发展越来越倍受瞩目。
由于超大规模集成电路（Very Large Scale Integration，VLSI）技术的发展越来越迅速，利用FFT去实现OFDM技术的构想再次成为可能。1981年人们已经可以用DFT来完成OFDM调制技术并且成功实验了16QAM多路并行传送的电话线Modem。在无线移动的信道中OFDM调制依旧可以减轻瑞利衰落的影响，尽管依然存在多经传播和多普勒频移而引起的频率选择性衰落[3]。然而在高速传送码元的时候，由于深衰落的影响，邻近的一串码元会被严重破坏并发生突发性误码。OFDM可以将高速的串行码流转换变为许多低速码流并且可以进行并行传送，由此使码元的周期很长且远远大于深衰落持续的时间，并行的码元在出现深衰落的时候只是轻微的受损并且经过纠正就可以恢复。此外只要在码元间插入保护间隙，并且保护间隙的时间大于最大的传播延时时间就可以完全避免码间串扰，有效的解决了由于多径传播而引起的码间串扰问题。正因如此，在1984年Cimini提出了一种OFDM传输方案并且适用于无线信道传送数据，将方波作为调制器发送子信道的副载波调制的码型，并且将保护间隙插入在码元当中，使码元周期很长、单路子信道所占频带很窄，由于位于信道频率边缘的子信道拖尾但是对信道带宽影响很小，因此避免多经传播引起的码间串扰[3]。利用这个方法又省去了使用升弦滤波器。1991年，Casas又提出了可利用现有的调频系统进行数据传输的OFDM/FM方案[3]。
目 录
摘 要 I
Abstract II
第一章 绪论 1
1.1 引言 1
1.1.1 OFDM的定义 1
1.1.2 OFDM技术的发展历程 1
1.2 OFDM技术在生活中的应用 3
1.2.1 OFDM技术应用于ADSL 3
1.2.2 OFDM在电力线通信中的应用 3
1.2.3 有线电视网络中OFDM的应用 4
1.2.4 OFDM在数字传媒领域的的应用 4
1.2.5 OFDM在无线城域网中的应用 5
1.3 OFDM的优缺点 5
1.4 论文的主要内容安排 7
第二章 OFDM基本原理 8
2.1 单载波的传输 8
2.1.1 单载波基带传输 8
2.1.2 ISI和奈奎斯特准则 9
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2.2 多载波传输 9
2.2.1 多载波传输方案的基本结构 9
2.3 OFDM的调制方式 11
2.4 串并转换 11
2.5 DFT的应用 12
2.6 保护间隔、循环前缀 12
2.7 OFDM的信道分配 13
2.8 OFDM中的同步技术 14
2.8.1 PAPR减小技术 14
2.8.2 信道估计技术 15
2.9 本章小结 16
第三章 OFDM的传输方案及仿真 17
3.1 OFDM的传输方案 17
3.2 子载波频谱的仿真 21
3.3 检验正弦信号间的正交性 23
3.4 本章小结 25
第四章 总结与展望 26
4.1 总结 26
4.2 展望 27
致 谢 28
参考文献 29
第一章 绪论
1.1 引言
早在上个世纪中期，就有人提出了具有频带混叠特性的多载波通信方案，并且这种方案在传输过程当中，各个子载波之间的载波频率具有正交性，这就是所谓的正交频分复用技术（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）。这种技术在传送信号的时候并不会受到其他杂波的干扰，因此在抗干扰能力很差的传输介质当中，我们常常使用OFDM技术来抵抗外界带来的干扰。
1.1.1 OFDM的定义
正交频分复用技术，这种“正交”表示一种数学关系，它在载波频率之间非常精细准确。使得OFDM系统在传输过程中不仅可以充分利用信道的带宽，并且能避免在高速均衡和抗突发噪声时产生差错而带来的影响。OFDM是多载波通信方案中应用最广的一种，单独一个用户的信息流经过串/并转换器，被转换成为许多个低速率的码流，而这些码流都由一个子载波进行发送传输[1]。并且分隔子载波的时候可以不用带通滤波器，通过快速傅里叶变换（FFT）来选用波形，而那些子载波即使已经混叠也依然可以保持正交[2]。在正交频分复用技术当中，无线信道的频率响应曲线基本都不是平坦的，而OFDM技术把总的信道在频域内分成若干的正交子信道，并且每一个子信道上都有一个相应的子载波对其进行调制。各个子信道之间可以进行窄带传输，而且信道与信道之间相对平坦，即使总的信道是不平坦的，也不会对其子信道产生影响，子信道信号的带宽远远小于信道的相应带宽，所以各个信号波形之间不会产生相互干扰，于此同时也提高了频谱的利用效率。在OFDM技术当中，为了保持各个载波相互之间的正交性，所以在通过快速傅里叶逆变换调制之后，给每个子载波都分配不同的频谱分量。
1.1.2 OFDM技术的发展历程
OFDM技术很容易实现信道的均衡，并且可以降低均衡器的复杂性。最早OFDM的应用并不常见，在1971年时，Ebert和Weinstein提出了可以通过采用离散傅立叶变换的方式去等效多个调制解调器的功能，由此一来OFDM技术开始越来越趋于实用化[3]。近几年由于大规模集成电路技术和数字信号处理技术发展的十分迅速，致使那些OFDM技术发展中的障碍都不再影响其发展。在此同时，随着无线通信技术的高速发展，尤其是无线多媒体技术，人们对数据传输速率的要求趋于更高。传统的单载波调制方式并不能满足人们的需求，传输速率越高，信道间的干扰会变得越来越严重，想要达到信道均衡也是难上加难，所以人们开始寻找一种有效地解决方式，因此OFDM技术的发展越来越倍受瞩目。
由于超大规模集成电路（Very Large Scale Integration，VLSI）技术的发展越来越迅速，利用FFT去实现OFDM技术的构想再次成为可能。1981年人们已经可以用DFT来完成OFDM调制技术并且成功实验了16QAM多路并行传送的电话线Modem。在无线移动的信道中OFDM调制依旧可以减轻瑞利衰落的影响，尽管依然存在多经传播和多普勒频移而引起的频率选择性衰落[3]。然而在高速传送码元的时候，由于深衰落的影响，邻近的一串码元会被严重破坏并发生突发性误码。OFDM可以将高速的串行码流转换变为许多低速码流并且可以进行并行传送，由此使码元的周期很长且远远大于深衰落持续的时间，并行的码元在出现深衰落的时候只是轻微的受损并且经过纠正就可以恢复。此外只要在码元间插入保护间隙，并且保护间隙的时间大于最大的传播延时时间就可以完全避免码间串扰，有效的解决了由于多径传播而引起的码间串扰问题。正因如此，在1984年Cimini提出了一种OFDM传输方案并且适用于无线信道传送数据，将方波作为调制器发送子信道的副载波调制的码型，并且将保护间隙插入在码元当中，使码元周期很长、单路子信道所占频带很窄，由于位于信道频率边缘的子信道拖尾但是对信道带宽影响很小，因此避免多经传播引起的码间串扰[3]。利用这个方法又省去了使用升弦滤波器。1991年，Casas又提出了可利用现有的调频系统进行数据传输的OFDM/FM方案[3]。
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