正交频分复用通信系统设计及其性能研究年级:学号:姓名:专业:指导老师:二零一五年五月摘要由于OFDM技术出现了近四十年的时间，该技术在移动通信上已经得到快速发展。
本论文主要研究OFDM系统的应用，介绍了OFDM技术的基本概念和发展历程，并简要阐述OFDM在无线移动技术中的发展前景。
在介绍OFDM原理的同时，比较FDM与OFDM 的异同点，认识保护间隔和循环前缀对OFDM的意义，简述OFDM的优势和缺点，了解OFDM的关键技术，研究OFDM频域和时域的波形图，利用加窗技术来提高OFDM的功率谱密度。
关键字：正交频分复用；码间干扰；循环前缀；高斯白噪声AbstractBecause of OFDM technology emerged about forty years, it has developed rapidly in the field of mobile communications,This thesis mainly studies the application of OFDM system, introduces the basic concepts and development of the OFDM technology, besides, the thesis also describes the future development in wireless mobile technology. While introduce the principles of OFDM, comparing the similarities and differences between FDM and OFDM, understanding the significance of protection interval and cyclic prefix in OFDM,I described the advantages and disadvantages of OFDM briefly, and known the key technologies of OFDM,studied the domain waveform figure OFDM frequency domain and time domain, by using the window technology to improve the power spectral density of OFDM.Keywords: OFDM; ISI; CP; WGN目录摘要 (II)Abstract (III)第1章绪论 (1)1.1本文研究的背景及意义 (1)1.2本文的发展历程及现状 (1)1.3本文的主要容 (2)第2章 OFDM系统的基本介绍 (3)2.1 OFDM的基本原理 (4)2.1.1 OFDM的产生和发展 (4)2.1.2 IDFT/DFT的实现 (5)2.1.3保护间隔和循环前缀 (5)2.2 OFDM系统的优缺点 (6)2.3 OFDM系统的关键技术 (7)第3章 OFDM系统载波实现过程及仿真介绍 (8)3.1 OFDM子载波调制过程 (8)3.2 OFDM符号的形成和加窗技术 (11)3.3 OFDM系统的仿真星座图的形成 (13)第4章仿真结果及分析 (15)4.1 OFDM系统有无频偏的性能比较 (15)4.2循环前缀在多径信道的OFDM性能比较 (16)4.3 OFDM系统的仿真波形图分析 (17)4.4仿真结果分析 (22)第5章总结 (23)致 (24)参考文献 (25)附录1 程序 (27)第1章绪论1.1本文研究的背景及意义移动通信是现代通信系统是现代移动通信系统的一部分，不仅包括有线和无线通信技术，而且集中了网络接收发送和计算机技术的许多研究成果。
现在大多数的移动通信从模拟通信到数字移动通信的发展，以及通信正朝着一个更高级的发展阶段[1]。
而在将来移动通信的方向则是完成5W，即能在任何时间、任何方位、任何人向任何人或移动配置供应迅速可靠的通信[2]。
由于人们对信息量的需要越来越大，无线移动通信随即来到了一个迅速发展时代。
二十一个世纪以来，由于无线通信网络和互联网的结合使用，国外移动通信技术的发展速度更为明显，使世界网络资源发展更加快速。
正交频分复用OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing）技术就是移动通信中的关键的转变之一。
1.2本文的发展历程及现状OFDM属于是多载波传输系统，起源于上个世纪70年代，当时Weinstein和Ebert 等人把离散傅里叶变换DFT（Discrete Fourier Transform）和快速傅里叶变换从而提出了正交频分复用系统[5]。
个基点，当带宽的接收天线[8]。
1.3本文的主要容本论文主要介绍OFDM系统及其MATLAB仿真。
论文的第一章介绍了论文的研究的方向、论文的目的和意义，然后主旨说明OFDM 的发展历程，对OFDM的发展前景做一个简要阐述。
论文第二章主要介绍论文中研究OFDM系统的原理、优缺点和关键技术；并对OFDM 的循环前缀和保护间隔作大体概述论文第三章说明OFDM系统的子载波调制实现过程，加窗技术对OFDM技术功率谱密度的影响，并对形成星座图的过程进行简述。
论文第四章是分析OFDM经过MATLAB仿真结果，并对波形图作对比分析，得出仿真结果。
论文第五章结束章节是整体论文的总结，最后分别是致、参考文献和附录，这就是本篇论文的大体结构。
第2章 OFDM系统的基本介绍OFDM技术，与FDM原理相似，OFDM通过串行并行变换的高速数据流，分配到几个频率子信道[11]。
OFDM和FDM的主要区别是：一是在传统的广播系统，每个无线电台在不同的频率发送信号，以确保FDM分隔每个的有效使用，每个站点不同位或同步广播系统；当使用OFDM通信技术的时候，每一个单一的复用数据流被组合成多个无线站台的信息信号，而且多个子载波也组成了该数据，然后在OFDM系统中进行传输，在所有子载波的OFDM信号在时间和频率同步，所以不允许有子载波之间互相存在干扰。
图2-1 FDM与OFDM调制技术的比较2.1 OFDM 的基本原理2.1.1 OFDM 的产生和发展OFDM 的提出已经接近四十年的时间，只是由于模拟滤波器实现起来的系统复杂度较高等各种原因，所以一直没有得到很好的应用起来；直到70到90年代，被逐渐利用DFT 来实现多载波的影响，才为此OFDM 系统实际应用打下了基础；在此期间，L.J.Cimini 也分析OFDM 系统的问题和具体解决方案[12]。
自那以后，OFDM 的移动通信才得到迅速发展。
图2-2 OFDM 收发机框原理框图2.1.2 IDFT/DFT 的实现DFT 的时域和频域是紧密结合的，不同的环境选择的的傅立叶变换形式是不同的。
DFT 为一个常规变换方法，其中对时域和频域上的信号进行采样。
对于N 较大的系统，OFDM 可以用离散傅立叶逆变换（IDFT ）来完成[15]。
对信号)(t s 以N T 进行抽样，令N kT t =)1,,1,0(-⋅⋅⋅=N k ，得到:()⎪⎭⎫ ⎝⎛==∑-=N ik j d N kT s s N i i k π2ex p 10(2-1)看出k s 等效对i d 进行IDFT 运算。
在接收端，为了数据符号i d ，可以对k s 进行IDFT 的逆变换，得到：2.1.3保护间隔和循环前缀正是由于这种低符号率使得OFDM 系统可以抵抗码间干扰ISI （Inter-Symbol Interference ），另外，通过附加保护间隔，在每一个符号的开始时，可以进一步抵制ISI ，也可以减少接收定时偏移误差[17]。
这种保护间隔的复制周期，增加符号长度，在每个子载波的周期，周期信号的符号是数据符号的整数倍，即在OFDM 符号后的时间复制到OFDM 符号的前部，形成循环前缀CP （Cyclic prefix ）。
因此，复制的符号和符号的一端添加到了起点，为了增加时间的符号长度，图2-3显示保护区间。
图2-3 OFDM 加入保护间隔2.2 OFDM 系统的优缺点近年来，OFDM 技术实际应用，而且倍受人们的期待，在于OFDM 技术的各个优点：（1）把数据的高速率通过所述串并转换，使得在各个子载波的数据码元的持续时间长度的相对增加，从而有效地降低引起的ISI 的无线信道扩散时间，从而降低了复杂度，有时仅仅是插入循环前缀，就可以消除ISI 的不利影响。
2.3 OFDM 系统的关键技术OFDM 系统关键技术有以下三个：（1）时域和频域同步OFDM 系统对定时和频率偏移敏感，在FDMA ，TDMA 和CDMA 多址连接的时候，时域和频率同步尤为重要，同步分为捕获和跟踪分为两个过程。
根据每个移动终端发送信息到基站在时域进行子载波提取并发送回移动终端，基站同步，使移动终端的频率域和同步信息。
在具体实施方式中，同步将在同一时间被分成时域同步和频域同步，也可以两者同时一起同步。
第3章 OFDM 系统载波实现过程及仿真介绍数据传输是串行数据流被连续地发送的码元，每个数据符号能够占用到可用的整个频谱的带宽。
然而，并行数据系统的时候，许多符号数被同时发送，从而减少那些发生在系统中串行问题[20]。
由于自适应调制，各子载波的调制方式是可以改变的，因此每个子载波上传输的比特数也可以改变，所以串行并行转换需要分配给每个子数据段不一样的长度载体，然而在接收端的过程则是截然相反。
3.1 OFDM 子载波调制过程当在一个OFDM 无线多径信道的传输，可能会导致相当大的衰减，通过子载波频率选择性衰落，导致误码。
在零的信道频率响应导致上传送受损的相邻子载波的信息，从而产生一系列的位错误在每个符号。
与连续错误一长串发生的情况相比，多数前向纠错将在错误的均匀分布的情况下更有效地工作。
因此，为了提高系统性能，大多数系统使用的数据扰频和转换工作作为字符串的一部分，这不仅可以恢复数据位的原始序列，同时还分散了一系列由于信道衰落随时间由于使近似均匀分布的比特差错。
随机化之前错误的这个位置，以提高纠错编码的FEC 的性能，以及该系统的整体性能得到了改进[21]。
()))(2ex p(2)(10s s N i i t t T i j T t t retc d t s ---=∑-=π T t t t s s +≤≤ (3-2) 0)(=t s s s t T t t t +>∧<图3-1中给出了OFDM 系统框图，Ti f f c i +=。
接收端将接收到的同相和正交反回信息，对子载波进行了调解。