通信原理课程设计模板

通信综合 课 程 设 计

课程设计名称： 通信综合课程设计 专 业 班 级 ： 电信1203班 学 生 姓 名 ： 刘海峰 学 号 ： [1**********]7 指 导 教 师 ： 邢超 课程设计时间： 2016年1月

电子信息工程专业课程设计任务书

说明：本表由指导教师填写，由教研室主任审核后下达给选题学生，装订在设计（论文）首页

1 需求分析

OFDM和QAM、MSK以及伪随机序列是主要的现代数字传输技术，通信原理课堂上主要学习的是比较抽象的模拟传输、数字基带传输和基本数字频带传输，因此有必要具体了解一下现代数字传输技术,1971年，Weinsetin和Ebert把离散傅里叶变换应用到并行传输系统中，提出了正交频分复用技术，他利用离散傅里叶变换对来实现多个调制解调器的功能，而不是采用滤波器来实现，从而降低了OFDM的实现难度。而随着快速傅里叶变换的提出，以及近年来半导体技术和数字信号处理技术的发展，OFDM技术被广泛应用到了数字音频广播（DAB）、数字视频广播（DVB）、无线局域网（WLAN），以及下一代移动通信系统中。 2 设计概要

 OFDM是一类多载波并行调制体制

优点:

1) 为了提高频率利用率和增大传输速率,各路子载波的已调信号频谱有部分重叠 2) 各路已调信号严格正交

3) 各路子载波的调制是多进制调制 4) 各路子载波的调制制度可以不同 缺点:

1) 对信道产生的频率偏移和相位噪声很敏感

2) 信号峰平功率比较大,将降低射频功率放大器的效率

 基本原理

 OFDM系统N个子信道,每个子信道采用子载波为

 N路子信号之和为

 表示成复数形式为

 N路子信道信号正交条件(元持续时间Ts内任意两个子载波都正交)即:

 运用数学知识化简计算条件转换为(要求子载频满足)

且要求子载频间隔满足

得出最小子载频间隔为:

 时间信号S(t)的抽样函数S(k)  S(k)的DFT定义为

————【1】

 OFDM实现

 S(n)的逆DFT定义为

————【2】

 令【1】式k=0得

————【3】

 比较【2】和【3】暂时不考虑常数因子的差异，则可以将【2】中K个离散值S（n）当作是K路OFDM并行信号的子信道中信号码元取值Bk

 结论：OFDM信号是一种多频率的频分调制体制，具有优良的抗多径衰落的能力和对信道变化的自适应能力，适用于衰落严重的无线信道中。

3 运行环境

硬件：计算机 软件：MATLAB

4 开发工具和编程语言

开发工具：计算机，MATLAB 编程语言：matlab

5 详细设计

仿真一： clear all

N=8; % y1(ii)=sum(y.*exp(-j*w(ii,:)))/length(t); %无频偏解调第ii个子载波上的数据 子载波数

f=1:N; % 各个子载波频率

x=randint(1,N,[0 3]); % 子载波上的数据

x1=qammod(x,4) % 4-QAM调制

t=0:0.001:1-0.001; % 符号持续时间 w=2*pi*f.'*t;

w1=2*pi*(f+0.2).'*t; % 频偏为0.2Hz时的子载波频率 y=x1*exp(j*w); % 子载波调制

plot(t,abs(y)) % 画出调制后的波形包络 for ii=1:N

end

stem(abs(x1)) % 显示无频偏时子载波解调后的结果 hold on

stem(abs(y1),'r

title('频偏为0时的子载波解调结果') axis([0 9 0 3])

legend('原始数据','子载波解调后的数据')

% 存在频率偏差时的子载波解调结果 For ii=1:N

y3(ii)=sum(y.*exp(-j*(w1(ii,:))))/length(t); end figure

stem(abs(x1)) hold on

stem(abs(y3),'r

title('频偏为0.2Hz时的子载波解调结果')

legend('原始数据','子载波解调后的数据') 仿真二： clear all

N=8; % 子载波数

x=randint(1,N,[0 3]) % 子载波上的数据

x1=qammod(x,4) % 4-QAM调制

f=1:N; % 子载波频率

t=0:0.001:1-0.001; % 符号持续时间

w=2*pi*f.'*t;

y1=x1*exp(j*w); % 子载波调制

x2=ifft(x1,N); % IFFT

plot(t,abs(y1)); hold on;

stem(0:1/8:1-1/8,abs(x2)*N,'-r');

legend('模拟调制实现','IDFT实现')

title('OFDM的模拟调制实现与IDFT实现')

x3=fft(x2) % FFT

6 调试分析

 关键是弄懂OFDM系统的数学模型，依照各个步骤的数学表达 式，按照课程题目的要求，合理设计各项参数。  熟练使用MATLAB软件的基本操作等

7 测试结果

频偏为0时的子载波解调结果

3

2.5

2

1.5

1

0.5

00

123456789

图1：频偏为0时的子载波解调结果

频偏为0.2Hz时的子载波解调结果

3

2.5

2

1.5

1

0.5

00

123456789

图2：频偏为0.2Hz时的子载波解调结果

OFDM的模拟调制实现与IDFT实现

0.10.20.30.40.50.60.70.80.91

图3：OFDM的模拟调制实现与IDFT实现

8.参考文献

[ 1 ] 《MATLAB通信仿真开发手册》 国防工业出版社 孙屹

[２]《现代通信系统分析与仿真－MATLAB通信工具箱》 西安电子科技大学出版社 李建新

[３]《现代通信原理》 清华大学出版社 曹志刚 [４]《通信原理》国防工业出版社 樊昌信、曹丽娜 [ 5 ]《信号与线性系统分析》高等教育出版社 吴大正 [ 6 ]《通信系统建模与仿真》电子工业出版社 刘学勇 [ 7 ]《通信原理》清华大学出版社 李晓峰、周宁、周亮

9.心得体会

《通信原理》和《信号系统》类似也是一门理论性很强的课程，课堂上学起来是比较抽象的，具体实现时还是很相当麻烦的。几天学习实践下来，遇到了诸多意想不到的难题，特别是软件MATLAB功能如此强大！简直就是学无止境，经过小组成员的共同努力、上网查阅资料，咨询同学老师等，最终问题都一一得到了解决。遇到难题时冷静分析沉着应对，然后在讨论中不断摸索前行，回顾本次试验，我们收获了很多很多，个人能力也逐步在实践中得以提高，最后真诚感谢靳婷老师为我们提供这样一个学习和锻炼的机会，让我们在一次一次失败之后，一步一步走向成功！由于通信原理是一门很特殊的学科，加之时间有限，另外因为所学知识的限制，本次实验只能算是入门的“皮毛”，而且还有不少方面存在缺陷。这些问题将在以后进一步予以研究和解决。最后，在文章中出现的不足之处，希望得到老师们的包含和指点。

通信综合课程设计

信息科学与工程 学院课程设计成绩评价表

课程名称：通信综合课程设计

设计题目：OFDM系统的仿真

11

通信综合 课 程 设 计

课程设计名称： 通信综合课程设计 专 业 班 级 ： 电信1203班 学 生 姓 名 ： 刘海峰 学 号 ： [1**********]7 指 导 教 师 ： 邢超 课程设计时间： 2016年1月

电子信息工程专业课程设计任务书

说明：本表由指导教师填写，由教研室主任审核后下达给选题学生，装订在设计（论文）首页

1 需求分析

OFDM和QAM、MSK以及伪随机序列是主要的现代数字传输技术，通信原理课堂上主要学习的是比较抽象的模拟传输、数字基带传输和基本数字频带传输，因此有必要具体了解一下现代数字传输技术,1971年，Weinsetin和Ebert把离散傅里叶变换应用到并行传输系统中，提出了正交频分复用技术，他利用离散傅里叶变换对来实现多个调制解调器的功能，而不是采用滤波器来实现，从而降低了OFDM的实现难度。而随着快速傅里叶变换的提出，以及近年来半导体技术和数字信号处理技术的发展，OFDM技术被广泛应用到了数字音频广播（DAB）、数字视频广播（DVB）、无线局域网（WLAN），以及下一代移动通信系统中。 2 设计概要

 OFDM是一类多载波并行调制体制

优点:

1) 为了提高频率利用率和增大传输速率,各路子载波的已调信号频谱有部分重叠 2) 各路已调信号严格正交

3) 各路子载波的调制是多进制调制 4) 各路子载波的调制制度可以不同 缺点:

1) 对信道产生的频率偏移和相位噪声很敏感

2) 信号峰平功率比较大,将降低射频功率放大器的效率

 基本原理

 OFDM系统N个子信道,每个子信道采用子载波为

 N路子信号之和为

 表示成复数形式为

 N路子信道信号正交条件(元持续时间Ts内任意两个子载波都正交)即:

 运用数学知识化简计算条件转换为(要求子载频满足)

且要求子载频间隔满足

得出最小子载频间隔为:

 时间信号S(t)的抽样函数S(k)  S(k)的DFT定义为

————【1】

 OFDM实现

 S(n)的逆DFT定义为

————【2】

 令【1】式k=0得

————【3】

 比较【2】和【3】暂时不考虑常数因子的差异，则可以将【2】中K个离散值S（n）当作是K路OFDM并行信号的子信道中信号码元取值Bk

 结论：OFDM信号是一种多频率的频分调制体制，具有优良的抗多径衰落的能力和对信道变化的自适应能力，适用于衰落严重的无线信道中。

3 运行环境

硬件：计算机 软件：MATLAB

4 开发工具和编程语言

开发工具：计算机，MATLAB 编程语言：matlab

5 详细设计

仿真一： clear all

N=8; % y1(ii)=sum(y.*exp(-j*w(ii,:)))/length(t); %无频偏解调第ii个子载波上的数据 子载波数

f=1:N; % 各个子载波频率

x=randint(1,N,[0 3]); % 子载波上的数据

x1=qammod(x,4) % 4-QAM调制

t=0:0.001:1-0.001; % 符号持续时间 w=2*pi*f.'*t;

w1=2*pi*(f+0.2).'*t; % 频偏为0.2Hz时的子载波频率 y=x1*exp(j*w); % 子载波调制

plot(t,abs(y)) % 画出调制后的波形包络 for ii=1:N

end

stem(abs(x1)) % 显示无频偏时子载波解调后的结果 hold on

stem(abs(y1),'r

title('频偏为0时的子载波解调结果') axis([0 9 0 3])

legend('原始数据','子载波解调后的数据')

% 存在频率偏差时的子载波解调结果 For ii=1:N

y3(ii)=sum(y.*exp(-j*(w1(ii,:))))/length(t); end figure

stem(abs(x1)) hold on

stem(abs(y3),'r

title('频偏为0.2Hz时的子载波解调结果')

legend('原始数据','子载波解调后的数据') 仿真二： clear all

N=8; % 子载波数

x=randint(1,N,[0 3]) % 子载波上的数据

x1=qammod(x,4) % 4-QAM调制

f=1:N; % 子载波频率

t=0:0.001:1-0.001; % 符号持续时间

w=2*pi*f.'*t;

y1=x1*exp(j*w); % 子载波调制

x2=ifft(x1,N); % IFFT

plot(t,abs(y1)); hold on;

stem(0:1/8:1-1/8,abs(x2)*N,'-r');

legend('模拟调制实现','IDFT实现')

title('OFDM的模拟调制实现与IDFT实现')

x3=fft(x2) % FFT

6 调试分析

 关键是弄懂OFDM系统的数学模型，依照各个步骤的数学表达 式，按照课程题目的要求，合理设计各项参数。  熟练使用MATLAB软件的基本操作等

7 测试结果

频偏为0时的子载波解调结果

3

2.5

2

1.5

1

0.5

00

123456789

图1：频偏为0时的子载波解调结果

频偏为0.2Hz时的子载波解调结果

3

2.5

2

1.5

1

0.5

00

123456789

图2：频偏为0.2Hz时的子载波解调结果

OFDM的模拟调制实现与IDFT实现

0.10.20.30.40.50.60.70.80.91

图3：OFDM的模拟调制实现与IDFT实现

8.参考文献

[ 1 ] 《MATLAB通信仿真开发手册》 国防工业出版社 孙屹

[２]《现代通信系统分析与仿真－MATLAB通信工具箱》 西安电子科技大学出版社 李建新

[３]《现代通信原理》 清华大学出版社 曹志刚 [４]《通信原理》国防工业出版社 樊昌信、曹丽娜 [ 5 ]《信号与线性系统分析》高等教育出版社 吴大正 [ 6 ]《通信系统建模与仿真》电子工业出版社 刘学勇 [ 7 ]《通信原理》清华大学出版社 李晓峰、周宁、周亮

9.心得体会

《通信原理》和《信号系统》类似也是一门理论性很强的课程，课堂上学起来是比较抽象的，具体实现时还是很相当麻烦的。几天学习实践下来，遇到了诸多意想不到的难题，特别是软件MATLAB功能如此强大！简直就是学无止境，经过小组成员的共同努力、上网查阅资料，咨询同学老师等，最终问题都一一得到了解决。遇到难题时冷静分析沉着应对，然后在讨论中不断摸索前行，回顾本次试验，我们收获了很多很多，个人能力也逐步在实践中得以提高，最后真诚感谢靳婷老师为我们提供这样一个学习和锻炼的机会，让我们在一次一次失败之后，一步一步走向成功！由于通信原理是一门很特殊的学科，加之时间有限，另外因为所学知识的限制，本次实验只能算是入门的“皮毛”，而且还有不少方面存在缺陷。这些问题将在以后进一步予以研究和解决。最后，在文章中出现的不足之处，希望得到老师们的包含和指点。

通信综合课程设计

信息科学与工程 学院课程设计成绩评价表

课程名称：通信综合课程设计

设计题目：OFDM系统的仿真

11