基于MATLAB的OFDM系统设计与仿真

摘要

通信系统对信息传输效率和可靠性要求越来越高，传统的单载波系统和多载波系统已不能满足通信需求。OFDM系统因其独特的子载波调制技术而具有抗信道频率选择性衰落、抗ISI、抗ICI和高频谱利用率等优势，成为第四代移动通信和无线局域网领域内的核心技术。为了进一步提高OFDM系统的性能，本课题基于MATLAB对OFDM系统的相关技术做了仿真分析，重点研究了LDPC码的译码算法，并在Simulink平台上搭建了一个完整的OFDM系统，用于仿真研究。主要工作如下:
　　(1)OFDM符号间的保护间隔及信号交织的仿真。
　　仿真分析了在存在时延的多径信道上，插入保护间隔的方式以及长度对系统抗ICI和抗ISI能力的影响，得出循环前缀具有比空白前缀更优异的性能且保护间隔长度要大于多径时延的最大值。另外仿真分析了交织深度与连续错误被离散的程度之间联系，得出交织可以很好离散突发错误，其与信道编码的结合大大提高了对突发错误的纠错能力。
　　(2)子载波调制方式的仿真比较。
　　子载波调制解调算法是实现OFDM系统的关键，仿真分析传统模拟调制与IFFT调制的特点与联系，得出IFFT算法调制与模拟调制是等效的，进一步验证了IFFT输出数据符号是对多个子载波调制后的叠加信号的采样。
　　(3)LDPC码的译码算法研究与改进。
　　LDPC码是目前信道编码中性能优异的编码方式，由于其校验矩阵具有稀疏性，所以译码算法简单易于硬件实现。重点研究LDPC码的译码算法，通过仿真比较几种译码算法在相同迭代次数下，不同信噪比所产生的误比特率。最小和译码算法虽然简单但是其性能较差，因此通过仿真寻找修正因子，对该译码算法进行改进，并仿真比较不同迭代次数及交织与解交织对其误比特率的影响。
　　(4)OFDM系统的设计与仿真。
　　在OFDM系统的设计中，用到的关键技术有信道编译码、插入保护间隔、交织/解交织、信道估计和信道均衡等，搭建了一个基于IFFT/FFT的动态OFDM系统，用于仿真。仿真所得数据为第五代移动通信的核心技术F-OFDM的研究和硬件实现提供依据。仿真结果如下:当信噪比大于3dB时，改进的最小和译码算法比Viterbi软判决译码算法的误比特率大约降低了两个数量级;交织对卷积码的纠错能力影响很大，验证了卷积码对突发错误的纠错能力有限;比特传输速率高的信号调制方式，其误比特率也高;采用LS算法进行信道估计时，由于信道参数的不断变化导致估计存在误差;在多径信道上，长度大于多径时延的循环前缀可以有效消除ISI和ICI。

目录

摘要

1 绪论

1．1 课题背景与意义

1．2 OFDM技术发展

1．3 调制系统比较

1．3．1 传统多载波系统与OFDM系统

1．3．2 单载波系统与OFDM系统

1．4 主要工作和章节安排

2 OFDM技术的理论基础及信道模型

2．1 OFDM系统子载波正交性原理

2．2 OFDM系统信号模型

2．3 OFDM系统信号的串并转换

2．4 信道模型介绍

2．5 本章小结

3 OFDM系统的关键技术应用与仿真

3．1 子载波间的保护间隔与循环前缀

3．1．1 保护间隔插入方式介绍

3．1．2 不同保护间隔仿真分析

3．2 交织与解交织技术

3．2．1 信号交织与解交织方式介绍

3．2．2 交织与解交织的仿真分析

3．3 信道估计

3．3．1 导频插入方式

3．3．2 信道估计算法

3．4 信道均衡技术

3．5 OFDM系统基本框架

3．6 本章小结

4 载波调制算法与LDPC译码算法仿真

4．1 载波调制和解调算法

4．1．1 IFFT调制和FFT解调算法

4．1．2 模拟调制算法

4．1．3 模拟调制与IFFT调制仿真

4．2 LDPC码的编码算法

4．2．1 Gallager LDPC码

4．2．2 准循环LDPC码

4．3 LDPC译码算法

4．3．1 BF译码算法

4．3．2 概率测度下BP译码算法

4．3．3 基于对数似然比的BP译码算法

4．3．4 最小和译码算法

4．3．5 译码算法仿真比较与改进

4．4 本章小结

5 OFDM系统设计与仿真分析

5．1 仿真工具介绍

5．2 基于IFFT-FFT的OFDM系统基带模型

5．3 OFDM系统搭建

5．3．1 OFDM系统的发射机设计

5．3．2 信道模块设计

5．3．3 OFDM系统的接收机设计

5．3．4 误比特率统计模块

5．4 系统中的仿真参数

5．5 仿真结果

5．5．1 不同信道编译码对系统影响

5．5．2 不同信号调制及信道估计对系统影响

5．6 本章小结

6 总结与展望

6．1 全文工作总结

6．2 下一步工作展望

致谢

参考文献

附录

攻读学位期间发表的学术论文目录

声明