基于matlab的ofdm通信系统模型的仿真研究毕业论文

基于matlab的ofdm通信系统模型的仿真研究毕业论文内容摘要：

k T k 0 N ?1 N ?1 N 显然，这 个样值 ? ?与序列 S ? ? 的 IDFT ，除了系数外完全一 ? ? S n S n 0 k n 0 样。 由于对每个连续 OFDM 码元采样 N 个样本，正好满足 Nyquist 采样定理，所 以可以通过这些样值重构原始的连续信号。 这样样值可以通过 IDFT 来得到，这 就是用 IDFT 和 DFT 可以实现 OFDM 系统的根源。 下面给出 OFDM 载波的幅度谱 和相位谱，分别如下图 和图 所示 作 者 ： 崔 剑 8 OFDM Carrier Frequency Magnitude 1 e d u t i n g a M 0 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2020 IFFT Bin 图 OFDM 载波幅度谱 OFDM Carrier Phase 200 150 100 50 s e e r g e d 0 e s a h P 50 100 150 200 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2020 IFFT Bin 图 OFDM 载波相位谱 作者：崔 剑 9 无线信道衰落的特征及模型 无线通信系统的性能主要受到无线信道的制约，当信号通过无线信道传播 时，其衰落类型决定于发送信号特性及信道特性。 信号参数与信道参数决定了不 同的发送信号将经历不同类型的衰落。 分析无线信道的特征有助于我们找出影响 无线通信系统性能的因素并制定应对措施。 OFDM 系统分析 无线信道衰落特征 无线信道对信号的衰减作 用使接收信号的功率减小，它由传播的路径长度、直达 信号路径中的障碍情况决定，任何阻挡在发射机和接收机之间的障碍都会引起信 号功率的衰减。 对于无线信道对接收信号造成的影响，我们可以按照大尺度效应 LargeScale Effects 和小尺度效应 smallScale Effects 从统计特性上来加以分别讨 论。 当接收机处于空间某一位置时，它在该位置附近接收到的信号功率的本地平 均值 Local Mean 将受到大尺度效应的影响，这些影响包括视距 Lineofsight ， LOS 路径损耗、阴影 Shadowing 衰落等效应。 1 路径损耗 当发射机与接收机之间的距离在较大尺度上 数百米或数千米 变化时，接收 信号的平均功率值与信号传播距离 d 的 n 次方成反比。 n 称为路径损耗指数， n 值的大小由具体的传输环境决定。 对于自由空间的电波传播， n 取 2。 2 阴影衰落 电磁波在空间传播时受到地形起伏、高大建筑物的阻挡，在这些障碍物后面 会产生电磁场的阴影，造成场强中值的变化，从而 引起信号衰减，称作阴影衰落。 阴影衰落是以较大的空间尺度来衡量的，其统计特性通常符合对数正态分布。 路 径损耗与阴影损耗合并在一起反映了无线信道在大尺度上对传输信号的影响，称 之为大尺度衰落。 因为这种衰落对信号的影响反映为信号随传播距离的增加而缓 慢起伏变化，所以也称慢衰落。 小尺度衰落 smallscale Fading 反映的是传输距离在较小的尺度上 数个波 长 变化时，接收信号电平均值变化趋势。 引起小尺度衰落的原因主要有两个 : 多 径效应 Multipath propagation 和多普勒效应 Doppler effect。 1 多径效应 Multipath propagation 在无线传播环境中，到达接收机天线的信号不是沿单一路径而来，而是来自不同 传播路径的信号之和，这就是多径效应。 多径分量到达时间、信号相位都不同， 多个分量在接收端叠加，接收信号的幅度会发生快速变化，即产生衰落，称为多 径衰落 Multipath fading。 作 者 ： 崔 剑 10 2 多普勒效应 Doppler effect 多普勒效应 Doppler effect 是由于发射机和接收机之间的相对运动，或者信 道路径中物体的运动引起的。 这种移动性会导致接收信号的频率发生偏移，即多 普勒频移 Doppler shift ，产生多普勒扩展 频率色散 ，造成信道的时变特性 Time Variance。 小尺度衰落分析 瑞利衰落 分布和莱斯衰落分布都是用于描述小尺度衰落的统计特性。 由于无线移动信道里的多径现象，使得接收信号的包络呈现随机性，其包络 一般服从瑞利 Rayleigh 衰落分布和莱斯 Rice 衰落分布。 在无线移动信道中，瑞 利衰落分布常见的是用于描述平坦衰落信号或独立多径分量接收中包络时变统 计特性的一种衰落类型。 莱斯衰落分布是由于在瑞利衰落分布的基础上，存在一条 直射路径的影响而造成的。 1 瑞利衰落分布 瑞利分布是用于描述平坦衰落或独立多径分量情况下接收信 号包络统计特 性的一种典型分布类型。 典型的陆地移动通信系统都是存在多径衰落的。 如果各条路径信号的幅值和 到达接收天线的方位角是随机的且是统计独立的，则接收信号的包络服从瑞利 Rayleigh 分布。 瑞利衰落的幅度 x （ t）概率密度函数可用公式（ ）表示 式中， x 小于零时 p x 为零，错误。 未找到引用源。 表示包络检波前接收电 波电压信号的有效值 rms ，错误。 未找到引用源。 是包络检波前的接收信号包络 的时间平均功率。 其概率分布函数可用式 表示 因此，瑞利分布的均值为 作 者 ： 崔 剑 11 均方根值为 方差为 错误。 未找到引用源。 （ ） 其中值由式错误。 未找到引用源。 解出。 若用中值表示概率分布函数则有 比较式 、 可以看出瑞利衰落信号均值与中值仅相差。 相位错误。 未找到引用源。 服从均匀分布，即 2 莱斯衰落分布 莱斯衰落分布幅度 x t 概率分布函数可用式 表示 相位错误。 未找到引用源。 分布可表示为 错误。 未找到引用源。 式中，参数 A 指主信号幅度的峰值。 错误。 未找到引 用源。 是第一类零阶 Bessel 函数。 erf 是误 作 者 ： 崔 剑 12 差函数 :错误。 未找到引用源。 莱斯分布常用参数 K 来描述， K 定义为确定信号的功率与多径分量方差之比 错误。 未找到引用源。 ，或用 dB 表示为 参数 K 是莱斯因子，完全确定了莱斯分布。 当错误。 未找到引用源。 ，且主信号幅度减少时， 莱斯分布转化为瑞利分布。 因此，瑞利衰落分布是莱斯衰落分布的一个特例 ,莱斯分布是瑞利 分布的一个扩展。 OFDM 信号 的频谱特性 当各个子载波用 QAM或 MPSK进行调制时，如果基带信号采用矩形波形，则 S x 2 T HZ T 每个子信道上已调的频谱为 形状，其主瓣宽度为 ，其中 为 OFDM a S S T 信号长度（不包括 CP ）。 由于在 时间内共有 OFDM 信号的 N 个抽样，所以OFDM S 信号的时域信号的抽样周期为 TS N。 由于相邻子载波之间的频率间隔为 ?f f s N ，所以 ?f f s N 1 TS 即这 些已调子载波信号频谱 S a x 函数的主瓣宽度为 2 TS ,间隔为 1 TS。 根据 函数性质，知道它们在频域上正交，这就是正交频分复用 （ OFDM ）名称的由来。 一般的频分复用传输系统的各个子信道之间要有一定的保护频带，一便在接 收端可以用带通滤波器分离出各个信道的信号。 保护频带降低了整个系统的频谱 利用率。 OFDM 系统的子系统间不但没有保护频带，而且各个信道的信号频谱还 相互重叠。 如图。