正交频分复用技术的研究与设计

江西理工大学本科毕业设计（论文）题目：学院：专业：班级：学号：学生：指导教师：职称：时间：本科毕业设计（论文）任务书题目：正交频分复用技术的研究与设计专题题目（若无专题则不填）：原始依据(包括设计（论文）的工作基础、研究条件、应用环境、工作目的等)：工作基础：本科阶段开设了通信原理课程，为课题的开展奠定了良好的理论基础。在Matlab语言课程中，学生掌握了Matlab语言编程方面的知识，同时，配套课程实验培养了学生的设计动手能力，为课题的研究提供了保障。研究条件：硬件条件－计算机、软件条件－WinXP操作系统、Matlab；应用环境：科学研究、通信芯片设计。工作目的：1、使学生提高综合运用所学专业知识的能力；2、使学生掌握从事学术研究的基本方法；3、使学生掌握撰写学术论文的基本格式；4、研究通信技术和通信芯片设计技术。主要内容和要求：（包括设计（研究）内容、主要指标与技术参数，并根据课题性质对学生提出具体要求）：1、主要内容移动通信技术是现阶段通信研究中的重点，得到了越来越多人的关注。OFDM技术凭借极强的对抗频率选择性衰落能力和极高的频谱利用效率成为4G移动通信系统的核心技术。它的基本思想是把调制在单载波上的高速串行数据流，分成多路低速的数据流，调制到多个正交载波上并行传输，这样在传输时，虽然整个信道是频率选择性衰落，但是各个子信道却是平坦衰落，有效对抗了多径效应，同时由于各个子载波是正交的，极大提高了频谱效率。本课题研究的主要内容是在Matlab平台上建立OFDM的仿真模型，研究其在不同的信道条件下以及不同的调制方式下对抗多径时延和频率选择性衰落上的优势。2、主要指标与技术参数（1）在Matlab平台上构建完整的OFDM动态仿真系统。（2）完成模块设置，确定搭建系统的主要参数，并对主要模块的构建方式进行说明（3）对不同信道编码方式对OFDM系统性能的影响进行全面的仿真分析和比较。（4）对分别采用QPSK，16QAM，64QAM等不同调制技术的OFDM系统的性能进行比较和分析。（5）代码结构清晰，注释完整清楚。3、要求：要求学生独立完成所定专题，在课题研究和论文中应对所使用方法的可行性及主要技术指标进行分析。日程安排：第1～2周：毕业实习（2周）第3～4周：收集课题资料，建立开发环境并学习开发工具的使用（2周）第5～8周：系统分析和设计（3周）第9～12周：模型构建与系统性能分析（5周）第13周：小组讨论、进一步完善课题（1周）第14～15周：撰写毕业设计论文（2周）第16周：做好答辩前的各项准备工作并参加答辩（1周）主要参考文献和书目：[1]樊昌信,曹丽娜.通信原理（第6版）.北京：国防工业出版社，2006[2]theodores.rappaport.无线通信原理与应用（第二版）.北京：电子工业出版社，2006[3]汪裕民.ofdm关键技术与应用.北京：机械工业出版社，2007[4]薛定宇,陈阳泉.基于matlab/simulink的系统仿真技术与应用.北京：清华大学出版社，2006[5]赵鸿图,茅艳.通信原理matlab仿真教程.北京：人民邮电出版社，2010[6]赵静,张瑾,高新科.基于matlab的通信系统仿真.北京：北京航空航天大学出版社,2007指导教师（签字）：年月日注：本表可自主延伸，各专业根据需要调整。江西理工大学本科毕业设计（论文）开题报告题目：正交频分复用技术的研究与设计专题题目（若无专题则不填）：本课题来源及研究现状：为满足未来无线多媒体通信需求，人们在加紧实现3G系统商业化的同时，开始了后3G(Beyond3G)的研究。从技术方面看，3G主要以CDMA为核心技术，而未来移动通信系统技术则以OFDM最受瞩目。在宽带接入系统中，OFDM是一项基本技术。由于该系统良好的特性，将成为下一代蜂窝移动通信网络的无线接入技术。许多大学、著名公司已充分认识到OFDM技术的应用前景。纷纷开展了对无线OFDM的研究工作，除了解决OFDM的同步、峰平比高等传统难题外，还包括OFDM与空时码、联合发送、联合检测、智能天线、动态分组分配等相结合的研究工作。目前一些研究结果表明，它们能提高无线OFDM系统的性能，将形成未来OFDM系统的核心技术。对这些方面的研究是当前一个非常活跃的研究领域，有许多课题需要我们做进一步的深入研究。OFDM(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing)即正交频分复用技术，实际上OFDM是MCMMulti-CarrierModulation，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。正交信号可以通过在接收端采用相关技术来分开，这样可以减少子信道之间的相互干扰ICI。每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此每个子信道上可以看成平坦性衰落，从而可以消除符号间干扰。而且由于每个子信道的带宽仅仅是原信道带宽的一小部分，信道均衡变得相对容易。第四代移动通信系统计划以OFDM(正交频分复用)为核心技术提供增值服务，它在宽带领域的应用具有很大的潜力。较之第三代移动通信系统，采用多种新技术的OFDM具有更高的频谱利用率和良好的抗多径干扰能力，它不仅仅可以增加系统容量，更重要的是它能更好地满足多媒体通信的要求，将包括语音、数据、影像等大量信息的多媒体业务通过宽频信道高品质地传送出去。下一代(4G)移动通信系统预计系统速率可达到20Mbps，甚至更高，国际电信联盟正在着手有关标准的组织工作。为了实现这一目标，必须从通信网络的交换、传输和接入等各个环节进行研究和突破，尤其是在移动环境和有限频谱资源条件下，如何稳定可靠高效地支持高速率的数据传输值得研究。正交频分复用(OFDM)技术因其网络结构高度可扩展，且有良好的抗噪声性能和抗多径信道干扰的能力以及频谱利用率高而被普遍认为是下一代移动通信系统必不可少的技术。OFDM技术之所以代替CDMA,成为新一代无线通信核心技术的趋势，是因为它具有许多优点，现将OFDM优点总结如下：(1)频谱效率高由于FFT处理使各子载波可以部分重叠，理论上可以接近Nyquist极限。以OFDM为基础的多址技术OFDMA(正交频分多址)可以实现小区内各用户之间的正交性，从而有效地避免了用户间干扰。这使OFDM系统可以实现很高的小区容量。(2)带宽扩展性强由于OFDM系统的信号带宽取决于使用的子载波的数量，因此OFDM系统具有很好的带宽扩展性。小到几百kHz，大到几百MHz，都很容易实现。尤其是随着移动通信宽带化(将由5MHz增加到最大20MHz)，OFDM系统对大带宽的有效支持，成为其相对于单载波技术(如CDMA)的“决定性优势”。(3)抗多径衰落由于OFDM将宽带传输转化为很多子载波上的窄带传输，每个子载波上的信道可以看作水平衰落信道，从而大大降低了接收机均衡器的复杂度。相反，单载波信号的多径均衡的复杂度随着带宽的增大而急剧增加，很难支持较大的带宽(如20MHz)。(4)频谱资源灵活分配OFDM系统可以通过灵活的选择适合的子载波进行传输，来实现动态的频域资源分配，从而充分利用频率分集和多用户分集，以获得最佳的系统性能。(5)实现MIMO（多进多出）技术较简单由于每个OFDM子载波内的信道可看作水平衰落信道，多天线(MIMO)系统带来的额外复杂度可以控制在较低的水平(随天线数量呈线性增加)。相反，单载波MIMO系统的复杂度与天线数量和多径数量的乘积的幂成正比，很不利于MIMO技术的应用。课题研究目标、内容、方法和手段：课题研究目标：在Matlab平台上建立OFDM的仿真模型，研究其在不同的信道条件下以及不同的调制方式下对抗多径时延和频率选择性衰落上的优势。课题研究内容：◆在Matlab平台上构建完整的OFDM动态仿真系统。◆完成模块设置，确定搭建系统的主要参数，并对主要模块的构建方式进行说明。◆对不同信道编码方式对OFDM系统性能的影响进行全面的仿真分析和比较。◆对分别采用QPSK，16QAM，64QAM等不同调制技术的OFDM系统的性能进行比较和分析。课题研究的手段：在计算机上，运用Matlab软件来实现对正交频分复用技术的仿真。设计（论文）提纲及进度安排：第1～2周：毕业实习（2周）第3～4周：收集课题资料，建立开发环境并学习开发工具的使用（2周）第5～8周：系统分析和设计（3周）第9～12周：模型构建与系统性能分析（5周）第13周：小组讨论、进一步完善课题（1周）第14～15周：撰写毕业设计论文（2周）第16周：做好答辩前的各项准备工作并参加答辩（1周）主要参考文献和书目：[1]樊昌信,曹丽娜.通信原理（第6版）.北京：国防工业出版社，2006[2]theodores.rappaport.无线通信原理与应用（第二版）.北京：电子工业出版社，2006[3]汪裕民.ofdm关键技术与应用.北京：机械工业出版社，2007[4]薛定宇,陈阳泉.基于matlab/simulink的系统仿真技术与应用.北京：清华大学出版社，2006[5]赵鸿图,茅艳.通信原理matlab仿真教程.北京：人民邮电出版社，2010[6]赵静,张瑾,高新科.基于matlab的通信系统仿真.北京：北京航空航天大学出版社,2007[7]刘敏，魏玲.MATLAB通信仿真与应用[M].北京：国防工业出版社，2001.指导教师审核意见：指导教师（签字）：年月日注：本表可自主延伸摘要在无线信道中，可靠、高速的传输数据是无线通信的目标和要求。而正交频分复用技术（OFDM）凭借其极强的对抗频率选择性衰落能力和极高的频谱利用效率成为4G移动通信系统的核心技术，近年来获得了广泛的应用。因此，对该系统的研究显得尤为的重要。本文简要叙述了OFDM技术的发展及应用，分析了OFDM系统的优缺点，介绍了OFDM的原理以及调制解调的模型，并作为系统仿真的理论基础。在以上工作的基础上，本文采用MATLAB仿真软件对OFDM系统进行仿真，研究其在不同的信道条件下以及不同的调制方式下对抗多径时延和频率选择性衰落上的优势。结果表明:OFDM技术可以大大降低系统的误码率，具有很强的对抗频率选择性衰落能力和极高的频谱利用效率。仿真不仅证实了我们理论分析的结果，而且可以有效地消除实际系统设计、实现中潜在的不足，是对设计实际系统的一个有效补充，并具有一定的工程实用价值。关键词：正交频分复用；MATLAB；仿真；误码率ABSTRACTInawirelesschannel,reliable,high-speeddatatransmissioniswirelesscommunicationgoalsandrequirements.Andorthogonalfrequencydivisionmultiplexing(OFDM)technologywithitsstrongagainstfrequencyselectivedeclineabilityandhighspectrumefficiencybe4Gmobilecommunicationsystemofcoretechnology,inrecentyearshasbeenwidelyused.Therefore,theresearchonthesystemappearespeciallyimportant.ThispaperbrieflydescribestheOFDMtechnologyandthedevelopmentofapplication,analyzestheadvantagesanddisadvantagesofthesystemOFDM,introducestheprincipleandOFDMdemodulationmodel,andasthetheoreticalbasisforsystemsimulation.Onthebasisofabovework,thispaperbasedonMATLABsimulationsoftwaresimulationtoOFDM