畢業(yè)論文-基于fpga的ofdm調(diào)制器的仿真設(shè)計(jì)

1、<p>　　武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院</p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</b></p><p>　　基于FPGA的OFDM調(diào)制器的仿真設(shè)計(jì) Simulation design of OFDM modulator based on FPGA</p><p>　　學(xué)生姓名 高天祺　

2、 </p><p>　　學(xué) 號(hào) 0945080209 </p><p>　　專業(yè)班級(jí) 通信工程0905（移動(dòng)通信方向）</p><p>　　指導(dǎo)教師 肖萍萍 </p><p><b>　　2013年5月</b></p><p&

3、gt;<b>　　作者聲明</b></p><p>　　本人聲明所呈交的論文是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果，除了文中特別加以標(biāo)注的地方外，沒有任何剽竊、抄襲、造假等違反學(xué)術(shù)道德、學(xué)術(shù)規(guī)范的行為，也沒有侵犯任何其他人或組織的科研成果及專利。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。如本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）引起的法律結(jié)果完全由本人承擔(dān)。<

4、;/p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）成果歸武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院所有。</p><p><b>　　特此聲明。</b></p><p>　　作者專業(yè)： </p><p>　　作者學(xué)號(hào)： </p><p>　　作者簽名：

5、 </p><p>　　____年___月___日</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　正交頻分復(fù)用(OFDM)技術(shù)是一種多載波數(shù)字調(diào)制技術(shù)，作為一種可以有效對(duì)抗信號(hào)信道間干擾和符號(hào)干擾的高速傳輸技術(shù)，以其頻譜利用率高、抗多徑衰落能力強(qiáng)、抗窄帶干擾性能好、成本低等特點(diǎn)，得到了廣泛應(yīng)用。它能

6、滿足無線通信的高速化、寬帶化以及移動(dòng)化的需求，成為第四代移動(dòng)通信的首選技術(shù)，也是當(dāng)前移動(dòng)通信技術(shù)研究的熱點(diǎn)問題。</p><p>　　FPGA(現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門陣列)是一種可編程邏輯器件，它具有設(shè)計(jì)時(shí)間短、投資少、風(fēng)險(xiǎn)小的特點(diǎn), 而且可以反復(fù)修改, 反復(fù)編程, 直到完全滿足需要,具有其他方式無可比擬的方便性和靈活性。這些特性使得FPGA可以高性能地實(shí)現(xiàn)OFDM通信系統(tǒng)的收發(fā)模塊功能。</p><

7、;p>　　本文概況地介紹了OFDM系統(tǒng)的基本概念、基本工作原理和關(guān)鍵技術(shù)，指出了OFDM調(diào)制技術(shù)的優(yōu)勢(shì);介紹了的FPGA設(shè)計(jì)的基本原則和流程；深入進(jìn)行基于FPGA的OFDM調(diào)制解調(diào)方案設(shè)計(jì);針對(duì)仿真平臺(tái)設(shè)計(jì)多種測(cè)試環(huán)境，得出仿真波形進(jìn)行方案的優(yōu)化完善并進(jìn)行驗(yàn)證。</p><p>　　本論文第1章首先首先介紹了OFDM的研究背景、目的以及意義。第2章對(duì)OFDM的基本原理以及技術(shù)的實(shí)習(xí)進(jìn)行綜述，并對(duì)OFDM系統(tǒng)

8、的關(guān)鍵技術(shù)作出了詳盡的介紹。第3章對(duì)OFDM調(diào)制解調(diào)原理進(jìn)行了說明，并介紹采用IFFT和FFT的OFDM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。第4章敘述了OFDM調(diào)制器的MTALAB仿真。第5章敘述了OFDM調(diào)制器的VERILOG仿真，并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證。第6章對(duì)OFDM技術(shù)的主要優(yōu)缺點(diǎn)總結(jié)，并對(duì)其發(fā)展進(jìn)行了展望。</p><p>　　關(guān)鍵詞：正交頻分復(fù)用(OFDM)；現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA）；仿真</p><

9、p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) technique is a multi-carrier digital modulation technology, as a kind of can effective against interference and s

10、ymbol interference between the signal channel of high speed transmission technology, with its high spectrum efficiency, strong ability to resist multipath fading and narrowband interference resistant performance is good,

11、 low cost, etc, has been widely applied. It can satisfy the high speed wireless communications, broadband and mobile </p><p>　　FPGA (Field Programmable Gate Array) is a kind of programmable logic devices, it

12、 has shorter design time, the characteristics of less investment, small risk, and can be repeatedly modified and programming repeatedly, until fully meet the needs, other ways incomparable convenience and flexibility. Th

13、ese features make the FPGA can achieve high performance of OFDM communication system transceiver module function.</p><p>　　This article overview the basic concept of OFDM system are introduced, the basic wor

14、king principle and key technology, points out the advantages of OFDM modulation technique; This paper introduces the basic principles and the FPGA design of process; Further for OFDM demodulation scheme based on FPGA des

15、ign; Simulation platform is designed for a variety of test environment, scheme optimization and simulation waveform for validation.</p><p>　　Chapter 1, first of all, this paper first introduces the research

16、background, purpose and significance of OFDM. Chapter 2, the practice of the basic principle of OFDM and technology were reviewed, and the key technologies of OFDM system has made the detailed introduction. Chapter 3 ill

17、ustrates theory of OFDM modulation demodulation, and IFFT and FFT structure of OFDM system is introduced. Chapter 4 describes the OFDM modulator of MTALAB simulation. VERILOG simulation of OFDM modulator are descri</p

18、><p>　　Key Words: Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM); Field Programmable Gate Array (FPGA) ; simulation</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第1章 緒論..............

19、.....................................................................................................1</p><p>　　1.1 OFDM的研究背景..................................................................................

20、..........1</p><p>　　1.2 OFDM的研究目的和意義................................................................................1</p><p>　　第2章OFDM技術(shù)基礎(chǔ).......................................................

21、........................................2</p><p>　　2.1 OFDM的基本原理............................................................................................2</p><p>　　2.2 OFDM技術(shù)的實(shí)現(xiàn)..............

22、..............................................................................4</p><p>　　2.3 OFDM系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)....................................................................................5</p><p&

23、gt;　　2.3.1 同步技術(shù)....................................................................................................5</p><p>　　2.3.2 信道估計(jì).......................................................................

24、.............................6</p><p>　　2.3.3 降低峰值平均功率比................................................................................6</p><p>　　2.3.4 均衡........................................

25、....................................................................6</p><p>　　2.3.5 編碼信道和交織........................................................................................7</p><p>　　第3章

26、OFDM調(diào)制器技術(shù).........................................................................................9</p><p>　　3.1 OFDM調(diào)制解調(diào)原理....................................................................................

27、....9</p><p>　　3.2 采用 IFFT 和 FFT 的 OFDM 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)...................................................11</p><p>　　第4章OFDM調(diào)制器的MTALAB仿真.................................................................14&

28、lt;/p><p>　　4.1 IFFT模塊.........................................................................................................15</p><p>　　4.2 添加循環(huán)前綴................................................

29、.................................................15</p><p>　　4.3 加窗模塊.........................................................................................................16</p><p>　　4.4 前導(dǎo)模塊

30、.........................................................................................................16</p><p>　　4.5 成幀模塊..................................................................................

31、.......................17</p><p>　　第5章 OFDM調(diào)制器的VERILOg仿真..............................................................18</p><p>　　5.1 OFDM調(diào)制器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)................................................

32、.............................18</p><p>　　5.2 子模塊仿真分析.............................................................................................18</p><p>　　5.2.1.BPSK/DBPSK映射...................

33、................................................................18</p><p>　　5.2.2 IFFT前數(shù)據(jù)處理 .....................................................................................20</p><p>　　5.2.3

34、 IFFT模塊..................................................................................................20</p><p>　　5.2.4添加循環(huán)前綴和加窗............................................................................

35、....21</p><p>　　5.2.5 前導(dǎo)生成模塊..........................................................................................22</p><p>　　5.2.6 成幀模塊......................................................

36、............................................23</p><p>　　5.3 仿真結(jié)果的對(duì)比驗(yàn)證.....................................................................................24</p><p>　　第6章 總結(jié)與展望25</p><

37、p><b>　　參考文獻(xiàn)28</b></p><p><b>　　致謝29</b></p><p>　　附錄 主要英文縮寫語對(duì)照表30</p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　1.1 OFDM的研究背景</p><

38、;p>　　在現(xiàn)代通信系統(tǒng)中，如何高速和可靠地傳輸信息成為人們關(guān)注的一個(gè)焦點(diǎn)。雖然第三代移動(dòng)通信比現(xiàn)有的傳輸速率快上千倍，但其數(shù)據(jù)傳輸速率也僅有2Mbit/s，第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)計(jì)劃已經(jīng)開始研究。第四代移動(dòng)通信以正交頻分復(fù)用(OFDM)作為核心技術(shù)之一。OFDM調(diào)制技術(shù)的出現(xiàn)為實(shí)現(xiàn)高效的抗干擾調(diào)制技術(shù)和提高頻帶利用率開辟了一條的新路徑。</p><p>　　20世紀(jì)60年代已經(jīng)提出了OFDM的基本原理，有關(guān)O

39、FDM的專利在1970年1月首次公開發(fā)表，1971年Weinstein和Ebert又提出用離散傅立葉變換來等效多個(gè)調(diào)制解調(diào)器的功能，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，使OFDM技術(shù)更趨于實(shí)用化。近年來，隨著數(shù)字信號(hào)處理（DSP）和超大規(guī)模集成電路（VLSI）技術(shù)的發(fā)展才使得制約OFDM技術(shù)發(fā)展的屏障不復(fù)存在，OFDM也因而變得更加實(shí)用。</p><p>　　正交頻分復(fù)用（OFDM）是一種特殊的多載波傳輸調(diào)制（MCM）技術(shù)，它可以被

40、看做是一種調(diào)制技術(shù)，也可以被當(dāng)做是一種復(fù)用技術(shù)。OFDM系統(tǒng)既可以維持發(fā)送符號(hào)周期源于大于多徑時(shí)延，又能夠支持高速的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，并且不需要復(fù)雜的信道均衡。</p><p>　　1.2 OFDM的研究目的和意義</p><p>　　本文的研究目的是從各方面深入研究正交頻分復(fù)用理論，領(lǐng)會(huì)OFDM基帶處理技術(shù)、FPGA電路設(shè)計(jì)的關(guān)鍵思想，并給予FPGA設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)OFDM系統(tǒng)中的關(guān)鍵功能模塊和基帶處

41、理中的調(diào)制解調(diào)器，并給出仿真結(jié)果。</p><p>　　基于PFGA實(shí)現(xiàn)OFDM通信系統(tǒng)，能有效降低電路復(fù)雜度，運(yùn)用先進(jìn)的算法提升通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)，采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化，便于移植、集成和大規(guī)模生產(chǎn)。</p><p><b>　　OFDM技術(shù)基礎(chǔ)</b></p><p>　　2.1 OFDM的基本原理</p>&

42、lt;p>　　眾所周知無線通信傳輸信號(hào)的路徑有很多，這就是所謂的多徑效應(yīng)，OFDM的最初提出是為了解決多徑效應(yīng)對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊?。在?shù)字通信系統(tǒng)中，我們通常采用的通信系統(tǒng)是單載波傳輸系統(tǒng)模型如圖2.1所示。</p><p>　　圖2. 1單載波傳輸示意圖</p><p>　　圖中g(shù)(t)是匹配濾波器(對(duì)于給定的碼元波形，使得輸出信噪比最大的線性濾波器)，在傳輸速率并不高的情況下，這種系

43、統(tǒng)因時(shí)延產(chǎn)生的碼間干擾不是特別嚴(yán)重，能通過均衡技術(shù)消除這種干擾。所謂碼間干擾（ISI）就是當(dāng)一個(gè)碼元的時(shí)延信號(hào)產(chǎn)生的拖尾延伸到相鄰碼元時(shí)間中時(shí)，會(huì)影響信號(hào)的正確接收，導(dǎo)致系統(tǒng)誤碼性能的降低，這類干擾就被稱作碼間干擾。但是對(duì)于寬帶業(yè)務(wù)來說，由于數(shù)據(jù)傳輸速率較高，高數(shù)據(jù)傳輸速率使得碼元周期非常小，如果碼元傳輸出現(xiàn)多徑時(shí)延，可能會(huì)影響到后面好幾個(gè)碼元。這就對(duì)均衡提出了更高的要求，需要引入復(fù)雜的均衡算法，并且要考慮到算法的收斂速度和可實(shí)現(xiàn)性。從

44、另一個(gè)角度去看，當(dāng)信號(hào)的帶寬接近或者超過信道的相干帶寬時(shí)，信道的時(shí)間彌散就會(huì)導(dǎo)致頻率選擇性衰落，使得同一個(gè)信號(hào)中不同的頻率成分體現(xiàn)出不同的衰落特性，所以多載波傳輸技術(shù)的運(yùn)用就是一種必然趨勢(shì)。</p><p>　　OFDM是一種多載波調(diào)制（MCM）技術(shù)，其基本原理就是把高速的數(shù)據(jù)流經(jīng)過串并變換，分配的傳輸速率相對(duì)較低的若干個(gè)子信道中進(jìn)行傳輸。由于每個(gè)子信道中的碼元周期會(huì)相對(duì)增加，因此可以減輕由無線信道的多徑時(shí)延擴(kuò)展

45、所產(chǎn)生的時(shí)間彌散性對(duì)系統(tǒng)的影響，并且還可以在OFDM，碼元之間插入保護(hù)間隔，令保護(hù)間隔大于無線信道的最大時(shí)延擴(kuò)展，這樣就可以最大限度地消除由于多徑帶來的碼間干擾（ISI），而且一般采用循環(huán)前綴作為保護(hù)間隔，從而可以避免由多徑帶來的信道間干擾（ICI）[1]。</p><p>　　隨著OFDM技術(shù)的發(fā)展與興起，考慮到能用OFDM技術(shù)來進(jìn)行高速數(shù)據(jù)傳輸，它能夠很好地對(duì)抗信道的頻率選擇性衰落，減少甚至消除碼間干擾的影響

46、。OFDM是一項(xiàng)多載波傳輸技術(shù)，可以被當(dāng)作是一種調(diào)制技術(shù)，也可以被看作是一種復(fù)用技術(shù)。其基本原理是把傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流串并變換后分解為若干個(gè)并行的子數(shù)據(jù)流（也可以看作將一個(gè)信道劃分為若干個(gè)并行的相互正交的子信道），這樣的話每個(gè)子數(shù)據(jù)流的速率比串行過來的數(shù)據(jù)流低得多（速率變?yōu)槎嗌偃Q于變換為多少路并行數(shù)據(jù)流），因此每個(gè)子信道上的碼元周期將會(huì)變長(zhǎng)，每個(gè)子信道上便是平坦衰落，然后用每個(gè)子信道上的低速率數(shù)據(jù)去調(diào)制相應(yīng)的子載波，從而構(gòu)成多個(gè)低速碼元合成

47、的數(shù)據(jù)的發(fā)送傳輸系統(tǒng)基本原理圖如圖2.2。</p><p>　　圖2. 2 OFDM系統(tǒng)調(diào)制解調(diào)原理框圖</p><p>　　在單載波系統(tǒng)中，一次干擾或衰落就可能導(dǎo)致整個(gè)鏈路性能惡化甚至失效，但是在多載波系統(tǒng)中，某一時(shí)刻僅僅會(huì)有少部分子信道受到衰落的影響，從而不會(huì)使得整個(gè)通信鏈路性能失效。</p><p>　　在衰落信道中，根據(jù)多徑信號(hào)最大時(shí)延和碼元時(shí)間的關(guān)系，可以

48、把性能降級(jí)分為平坦衰落和頻率選擇性衰落兩種類型。如果，則信道呈現(xiàn)平坦衰落。在這種情況下，一個(gè)碼元的多徑時(shí)延分量都在一個(gè)碼元的持續(xù)時(shí)間內(nèi)到達(dá)，因此信號(hào)不可分辨，此時(shí)就不會(huì)引起碼間干擾，因?yàn)榇藭r(shí)信號(hào)的時(shí)間擴(kuò)展并不會(huì)導(dǎo)致相鄰接收碼元的顯著重疊。如果，則信道會(huì)呈現(xiàn)頻率選擇性衰落。只要一個(gè)碼元的多徑時(shí)延擴(kuò)展超出了碼元持續(xù)時(shí)間，就會(huì)出現(xiàn)這種情況，而信號(hào)的這種時(shí)延擴(kuò)展會(huì)導(dǎo)致信號(hào)碼間干擾的產(chǎn)生。</p><p>　　正交頻分復(fù)用

49、的技術(shù)關(guān)鍵就是實(shí)現(xiàn)并保護(hù)好子載波間的正交性，接受端收到的信號(hào)x(t)與子載波相乘后通過積分器，不同頻率的載波相乘積分后為零，只有相同載波積分后得到原始符號(hào)。正是由于每個(gè)子載波的正交性，我們可以是子載波的頻譜重疊并靠近Nyquist 帶寬，從而大大提高了頻譜的利用率，所以非常適合移動(dòng)場(chǎng)合中的高速傳輸。多徑傳輸?shù)姆?hào)干擾時(shí)個(gè)頭疼的問題，OFDM為解決這樣的問題在符號(hào)間加上保護(hù)間隔內(nèi)，保護(hù)間隔可以不傳輸任何信號(hào)。這樣的情況下仍然解決不了信道間

50、干擾（ICI），子載波之間的正交性遭到破壞，接收端就不能很好的恢復(fù)出原始信號(hào)，這點(diǎn)是毀滅性的。OFDM的解決方法是把符號(hào)后面長(zhǎng)度是Tg（保護(hù)間隔的長(zhǎng)度）的部分拿到每個(gè)符號(hào)的前面當(dāng)做保護(hù)間隔來傳輸，這種方法就叫做循環(huán)前綴。這樣就使得在FFT周期內(nèi)，OFDM符號(hào)的延時(shí)副本所包含的波形的周期個(gè)數(shù)是整數(shù)，從而解決了ICI。將原符號(hào)塊最后信號(hào)放到原符號(hào)塊的前部，構(gòu)成新序列，時(shí)域中原來發(fā)送信號(hào)與信道響應(yīng)的線性卷積變?yōu)閳A周卷積。</p>

51、<p>　　2.2 OFDM技術(shù)的實(shí)現(xiàn)</p><p>　　電力線的信道環(huán)境非常惡劣，信道特征和參數(shù)受到頻率、地點(diǎn)、時(shí)間和連接到它上面的設(shè)備的影響。從10kHz到200kHz的低頻率區(qū)域更容易產(chǎn)生沖突。而且電力線是一個(gè)頻率選擇性信道。除了經(jīng)常發(fā)生在50/60Hz脈沖噪音中主要的背景噪音外，窄帶沖突和小組時(shí)延能達(dá)到幾百微秒。</p><p>　　OFDM是一種能有效利用有限CEN

52、ELEC帶寬的調(diào)制技術(shù)，且支持使用先進(jìn)的信道編碼技術(shù)，這種組合能力在電力線信道上形成一個(gè)非?？煽康耐ㄐ?。</p><p>　　圖2.3展示了基于G3-PLC協(xié)議的OFDM系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)框圖。CENELEC帶寬被分割成許多子信道，這些信道被看作是用不同的正交頻率表示的獨(dú)立頻移鍵控（PSK）調(diào)制載波。正交和R-S編碼提供了冗余比特，它能使接收端在由背景噪聲和脈沖噪聲而造成的比特丟失的情況下自行糾錯(cuò)。時(shí)間—頻率交織方案用于降

53、低譯碼器輸入端接受噪音的相關(guān)性而提供多樣性。</p><p>　　圖2.3 基于G3-PLC協(xié)議的OFDM系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)框圖</p><p>　　OFDM信號(hào)是由復(fù)值信號(hào)點(diǎn)進(jìn)行快速離散傅立葉變換（IFFT）操作產(chǎn)生的，這些信號(hào)點(diǎn)是由不同的相位調(diào)制編碼產(chǎn)生，且它們被分配到不同的子載波。每個(gè)OFDM符號(hào)都是由一個(gè)循環(huán)前綴加到一個(gè)由IFFT產(chǎn)生的塊的前面而構(gòu)成的。選擇一個(gè)循環(huán)前綴的長(zhǎng)度以便信道時(shí)延不會(huì)

54、引起連續(xù)OFDM符號(hào)或鄰近的子載波產(chǎn)生沖突。接收端基于接收信號(hào)的質(zhì)量決定采用何種的調(diào)制方案。而且，系統(tǒng)會(huì)區(qū)分受損的子載波的信噪比以及選擇在哪個(gè)信道上傳輸。</p><p>　　2.3 OFDM系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)</p><p><b>　　2.3.1同步技術(shù)</b></p><p>　　OFDM技術(shù)區(qū)分各個(gè)子信道的方法是利用各個(gè)子載波之間嚴(yán)格的正交

55、性。頻偏和相位噪聲會(huì)使子載波之間的正交特性惡化從而導(dǎo)致子信道間的信號(hào)相互干擾(ICI)，這種對(duì)頻率偏差的敏感是OFDM系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)之一，特別是在實(shí)際應(yīng)用中與FDMA、TDMA和CDMA等多址方式相結(jié)合時(shí)，時(shí)間和頻率同步尤為重要。</p><p>　　時(shí)域同步，要求OFDM系統(tǒng)確定符號(hào)邊界，并且提取出最佳的采樣時(shí)鐘，從而減小載波干擾(ICI)和碼間干擾(ISI)造成的影響。在OFDM系統(tǒng)中，只有發(fā)送和接收的子載波

56、完全一致，才能保證載波間的正交性，從而可以正確接收信號(hào)。任何頻率偏移必然導(dǎo)致ICI。實(shí)際系統(tǒng)中，由于本地時(shí)鐘源(如晶體振蕩器)不能精確的產(chǎn)生載波頻率，總要附著一些隨機(jī)相位調(diào)制信號(hào)。結(jié)果接收機(jī)產(chǎn)生的頻率不可能與發(fā)送端的頻率完全一致。對(duì)于單載波系統(tǒng)，相位噪聲和頻率偏移只是導(dǎo)致信噪比損失，而不會(huì)引入干擾。但對(duì)于多載波系統(tǒng)，卻會(huì)造成子載波間干擾(ICI)，因此OFDM系統(tǒng)對(duì)于載波偏移比單載波系統(tǒng)要敏感，必須采取措施消除頻率偏移。</p&g

57、t;<p>　　如果時(shí)域同步誤差較大，F(xiàn)FT處理窗已超出了當(dāng)前OFDM符號(hào)的數(shù)據(jù)區(qū)域和保護(hù)時(shí)間區(qū)域，包括了相鄰的OFDM符號(hào)，則引入碼間干擾，嚴(yán)重惡化了系統(tǒng)性能。 </p><p>　　頻域同步，要求系統(tǒng)估計(jì)和校正接收信號(hào)的載波偏移。 與頻率誤差不同，時(shí)間同步誤差不會(huì)引起子載波間干擾(ICI)。但時(shí)間同步誤差將導(dǎo)致FFT處理窗包含連續(xù)的兩個(gè)OFDM符號(hào)，從而引入了OFDM符號(hào)間干擾(ISI)。并且即

58、使FFT處理窗位置略有偏移，也會(huì)導(dǎo)致OFDM信號(hào)頻域的偏移，從而造成信噪比損失，BER性能下降。</p><p>　　OFDM系統(tǒng)中的同步過程一般分為捕獲和跟蹤兩個(gè)階段，捕獲階段進(jìn)行粗同步，跟蹤階段進(jìn)行細(xì)同步，以進(jìn)一步減小誤差。</p><p>　　對(duì)十突發(fā)式的數(shù)據(jù)傳輸，一般是通過發(fā)送輔助信息來實(shí)現(xiàn)同步。當(dāng)前提出的OFDM系統(tǒng)中，采用輔助信息的同步方式主要可以分為：插入導(dǎo)頻符號(hào)的同步和基于

59、循環(huán)前綴的同步。這兩種同步方法，各有其優(yōu)缺點(diǎn)。插入導(dǎo)頻符號(hào)法同步性能較好，但是這種方法浪費(fèi)了帶寬和功率資源，降低了系統(tǒng)的有效性?；谘h(huán)前綴的同步法可以應(yīng)用最大似然估計(jì)算法，克服了插入導(dǎo)頻符號(hào)浪費(fèi)資源的缺點(diǎn)，且簡(jiǎn)單、易實(shí)現(xiàn)，但是同步范圍較小。</p><p>　　同步是OFDM技術(shù)中的一個(gè)難點(diǎn)，許多學(xué)者提出了很多OFDM同步算法，其中較常用的有利用奇異值分解的ESPRIT同步算法和ML估計(jì)算法， ESPRIT算法

60、雖然估計(jì)精度高，但計(jì)算復(fù)雜，計(jì)算量大，而ML算法利用OFDM信號(hào)的循環(huán)前綴，可以有效地對(duì)OFDM信號(hào)進(jìn)行頻偏和時(shí)偏的聯(lián)合估計(jì)，而且與ESPRIT算法相比，其計(jì)算量要小得多。OFDM系統(tǒng)對(duì)定時(shí)頻偏的要求是小于OFDM符號(hào)間隔的4%，對(duì)頻率偏移的要求大約要小于子載波間隔的1%~2%，系統(tǒng)產(chǎn)生的-3dB相位噪聲帶寬大約為子載波間隔的0.01%~0.1%。</p><p>　　2.3.2 信道估計(jì)</p>

61、<p>　　在OFDM系統(tǒng)中，信道估計(jì)器的設(shè)計(jì)主要有兩個(gè)問題：一是導(dǎo)頻信息的選取。由于無線信道常常是衰落信道，需要不斷對(duì)信道進(jìn)行跟蹤，因此導(dǎo)頻信息也必須不斷地傳送；二是復(fù)雜度較低和導(dǎo)頻跟蹤能力良好的信道估計(jì)器的設(shè)計(jì)。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，導(dǎo)頻信息的選擇和最佳估計(jì)器的設(shè)計(jì)通常又是相互關(guān)聯(lián)的，因?yàn)楣烙?jì)器的性能與導(dǎo)頻信息的傳輸方式有關(guān)。</p><p>　　2.3.3 降低峰值平均功率比</p><

62、;p>　　由于OFDM信道時(shí)域上表現(xiàn)為N個(gè)正交子載波信號(hào)的疊加，當(dāng)這N個(gè)信號(hào)恰好均以峰值疊加時(shí)，OFDM信號(hào)也將產(chǎn)生最大峰值，該峰值功率是平均功率的N倍。盡管峰值功率出現(xiàn)的概率較低，但為了不知真地傳輸這些高PAPR的OFDM信號(hào)，發(fā)送端對(duì)高功率放大器(HPA)的線性度要求也很高。因此，高的PAPR使得OFDM系統(tǒng)的性能大大下降甚至直接影響實(shí)際應(yīng)用。為了解決這一問題，人們提出了基于信號(hào)畸變技術(shù)、信號(hào)擾碼技術(shù)和基于信號(hào)空間擴(kuò)展等降低O

63、FDM系統(tǒng)PAPR的方法。</p><p><b>　　2.3.4 均衡</b></p><p>　　在一般的衰落環(huán)境下，OFDM系統(tǒng)中的均衡不是有效改善系統(tǒng)性能的方法。因?yàn)榫獾膶?shí)質(zhì)是補(bǔ)償多徑信道引起的碼間干擾，而OFDM技術(shù)本身已經(jīng)利用了多徑信道的分集特性，因此在一般情況下，OFDM系統(tǒng)就不必再做均衡了。在高度散射的信道中，信道記憶長(zhǎng)度很長(zhǎng)，循環(huán)前綴CP的長(zhǎng)度必須

64、很長(zhǎng)，才能使ISI盡量不出現(xiàn)。但是，CP長(zhǎng)度過長(zhǎng)必然導(dǎo)致能量大量損失，尤其對(duì)子載波個(gè)數(shù)不是很大的系統(tǒng)。這時(shí)，可以考慮加均衡器以使CP的長(zhǎng)度適當(dāng)減小，即通過增加系統(tǒng)的復(fù)雜性換取系統(tǒng)頻帶利用率的提高。</p><p>　　2.3.5 編碼信道和交織</p><p>　　為了提高數(shù)字通信系統(tǒng)性能，信道編碼和交織是普遍采用的方法。對(duì)于衰落信道中的隨機(jī)錯(cuò)誤，可以采用信道編碼；對(duì)于衰落信道中的突發(fā)錯(cuò)誤

65、，可以采用交織技術(shù)。實(shí)際應(yīng)用中，通常同時(shí)采用信道編碼和交織，進(jìn)一步改善整個(gè)系統(tǒng)的性能。在OFDM系統(tǒng)中，如果信道衰落不是太嚴(yán)重，均衡是無法再利用信道的分集特性來改善系統(tǒng)性能的，因?yàn)镺FDM系統(tǒng)自身具有，利用信道分集特性的能力，一般的信道特性信息已經(jīng)被OFDM這種調(diào)制方式本身所利用了。但是OFDM系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)卻為在子載波間進(jìn)行編碼提供了機(jī)會(huì)，形成COFDM方式。編碼可以采用各種碼，如:：分組碼、卷積碼等，其中卷積碼的效果要比分組碼好。<

66、;/p><p>　　第3章 OFDM調(diào)制器技術(shù)</p><p>　　3.1 OFDM調(diào)制解調(diào)原理</p><p>　　OFDM 技術(shù)對(duì)信號(hào)進(jìn)行 I/Q 調(diào)制, 在 IQ 兩路調(diào)制時(shí)沒有幅度上的失真, 所以極大的克服了模擬 I/Q調(diào)制的幅度和相位不平衡性, 克服了模擬混頻電路非線性的影響。由于 FPGA的可編程性, 使用 FPGA 實(shí)現(xiàn)調(diào)制 /解調(diào)可以提高系統(tǒng)的可編程性。

67、</p><p>　　在 FPGA 中在使用平方根升余弦濾波器對(duì)基帶信號(hào)濾波, 以消除符號(hào)間干擾, 濾波后的IQ兩路信號(hào)通過乘法器與 NCO 中的正弦和余弦中頻載波相乘完成 IQ 調(diào)制, 最后兩路信號(hào)相加通過 DA 轉(zhuǎn)換送入信道。接收時(shí)將信道來的通過 AD轉(zhuǎn)換后的信號(hào)通過與 NCO 的兩路正交載頻相乘分解出 IQ 兩路信號(hào)送至 FPGA 進(jìn)行 OFDM 調(diào)制在并串轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出。實(shí)現(xiàn)框圖分別如圖 3.1、圖 3.2

68、和圖 3.3。</p><p>　　圖 3.1 基于 OFDM 系統(tǒng)得調(diào)制和解調(diào)框圖</p><p>　　圖3.2 調(diào)制原理框圖</p><p>　　圖 3.3 調(diào)制原理框圖</p><p>　　一個(gè)OFDM符號(hào)之內(nèi)包含多個(gè)經(jīng)過相移鍵控(PSK)或者正交幅度調(diào)制(QAM)的子載波。如果用N表示子載波的個(gè)數(shù)，T表示OFDM符號(hào)的持續(xù)時(shí)間(周期)

69、， di(i=0,1,2…,N-1) 表示分配給每個(gè)子信道的數(shù)據(jù)符號(hào)， ?i表示第i個(gè)子載波的載波頻率，矩形函數(shù)rect(t)=1,|t|≤T/2,則t=ty從開始的OFDM符號(hào)可以表示為：</p><p><b>　　(3.1)</b></p><p>　　一旦將要傳輸?shù)谋忍胤峙涞礁鱾€(gè)子載波上，某一種調(diào)制模式則將它們映射為子載波的幅度和相位，通常采用等效基

70、帶信道來表示OFDM的輸出信號(hào):</p><p><b>　　(3.2)</b></p><p>　　其中s(t)的實(shí)部和虛部分別對(duì)應(yīng)OFDM符號(hào)的同相(In-phase)和正交(Quadrature-phase)分量，在實(shí)部系統(tǒng)可以分別與相應(yīng)子載波的余弦分量和正弦分量相乘，構(gòu)成最終的子信道信號(hào)和合成的OFDM符號(hào)。圖3.1展示了OFMD系統(tǒng)調(diào)制解調(diào)模型框圖，其中?=

71、?c+i/T。在接收端，將接收的同相和正交矢量映射回?cái)?shù)據(jù)，完成子載波調(diào)制。</p><p>　　圖3.4 OFDM系統(tǒng)調(diào)制解調(diào)模型框圖</p><p>　　這種正交性還可以從頻域角度來理解,在每一個(gè)子載波頻率的最大處,所有其他子信道的頻譜值恰好為零,因此在理想情況下,可以從多個(gè)相互重疊的子信道符號(hào)頻譜中提取出各個(gè)子信道符號(hào),而不會(huì)受到其他子信道的干擾。OFDM實(shí)際上是可以滿足無符號(hào)間干擾的

72、奈奎斯特準(zhǔn)則,這種消除子信道間干擾(ICI)的方法是通過在時(shí)域中使用矩形脈沖成形,在頻域中每個(gè)子載波的最大處采樣來實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　3.2采用 IFFT 和 FFT 的 OFDM 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 快速傅里葉變換是一個(gè)相對(duì)成熟和完善的算法，該算法因其方便、快捷和有效性在很多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。傅里葉變換獨(dú)特的蝶型運(yùn)算不僅在現(xiàn)有的通信與信號(hào)處理方面具有很強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，在O

73、FDM系統(tǒng)中同樣也能起到一定的作用。</p><p>　　在實(shí)際應(yīng)用中，系統(tǒng)并行數(shù)據(jù)的調(diào)制與解調(diào)可以采用反傅立葉變換 (IFFT) 和傅立葉變換 (FFT) 來實(shí)現(xiàn)。采用 IFFT 和 FFT 的 OFDM 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖所示。</p><p>　　圖3.5 采用 IFFT 和 FFT 的 OFDM 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)</p><p>　　對(duì)于N比較大的系統(tǒng)，式（3.2）中的O

74、FDM復(fù)等效基帶信號(hào)可以采用離散傅里葉逆變換（IDFT）方法實(shí)現(xiàn)。為了敘述簡(jiǎn)潔，可以令式（3.2）中的ts=0并且忽略矩形，對(duì)于信號(hào)s(t)以T/N的速率進(jìn)行抽樣，即令t=kT/N(k=0,1,…,N-1)，則得到：</p><p><b>　　(3.3)</b></p><p>　　可以看到ｓｋ等效為對(duì) 進(jìn)行IDFT運(yùn)算。同樣在接收端，為了恢復(fù)出原始的數(shù)據(jù)符號(hào) ，可

75、以對(duì)ｓｋ進(jìn)行逆變換，即DFT得到：</p><p><b>　　(3.4)</b></p><p>　　根據(jù)以上分析，可以看到OFDM系統(tǒng)的調(diào)制解調(diào)可以分別有IDFT和DFT來替代，通過N點(diǎn)的IDFT運(yùn)算，把頻域數(shù)據(jù)符號(hào)變換為時(shí)域數(shù)據(jù)符號(hào) ，經(jīng)過射頻載波調(diào)制之后，發(fā)送到無線信道中。其中每一個(gè)IDFT輸出的數(shù)據(jù)符號(hào)都是由所有子載波信號(hào)經(jīng)過疊加而成的，既對(duì)連續(xù)的多個(gè)經(jīng)過調(diào)

76、制的子載波的疊加信號(hào)進(jìn)行抽樣得到的。</p><p>　　在OFDM系統(tǒng)實(shí)際的運(yùn)用中，可以采用更加快捷方便的IFFT/FFT。N點(diǎn)IDFT運(yùn)算需要實(shí)施N2次復(fù)數(shù)乘法，而IFFT則可以明顯地降低運(yùn)算復(fù)雜度。對(duì)于常用的基2的IFFT算法，其復(fù)數(shù)乘法次數(shù)僅僅為（N/2）log2(N)，以16點(diǎn)的變換為例，IDFT和IFFT中所需要的乘法次數(shù)分別為256次和32次，并且鎖著子載波個(gè)數(shù)N的增加，復(fù)雜度之間的差距也會(huì)越來越明

77、顯，IDFT的計(jì)算復(fù)雜度隨著N增加而二次方增長(zhǎng)，IFFT的計(jì)算復(fù)雜度卻只是略快于線性變化。對(duì)于子數(shù)量龐大的OFDM系統(tǒng)來說，可以進(jìn)一步采用基4的IFFT算法來實(shí)施傅里葉變換。</p><p>　　第4章 OFDM調(diào)制器的MTALAB仿真</p><p>　　使用MATLAB可實(shí)現(xiàn)OFDM調(diào)制器的仿真，OFDM調(diào)制器的系統(tǒng)模型可表示如圖4.1所示。數(shù)據(jù)源FCH和DATA使用預(yù)先存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)(0

78、、1比特流)，數(shù)據(jù)大小分別為36×13比特和36×40比特。為了信號(hào)可以有效傳輸，系統(tǒng)采用BPSK和DBPSK調(diào)制方案，采用256點(diǎn)的IFFT的運(yùn)算模塊。為消除ISI和多徑造成的ICI的影響，添加循環(huán)前綴，循環(huán)前綴大小為30采樣點(diǎn)。為了讓OFDM信號(hào)的帶外功率譜密度下降的更快，對(duì)信號(hào)進(jìn)行加窗。最后在信號(hào)的頭部位置加上前導(dǎo)碼，形成OFDM幀，進(jìn)行發(fā)送。 </p><p>　　圖4.1 G3-PL

79、C協(xié)議的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)</p><p>　　圖4.2 OFDM調(diào)制器系統(tǒng)模型</p><p>　　數(shù)據(jù)源FCH和DATA使用預(yù)先存儲(chǔ)的0、1數(shù)據(jù)流，數(shù)據(jù)大小分別為36×13比特和36×40比特，其中FCH采用BPSK映射，DATA采用DBPSK映射。</p><p>　　4.1 IFFT模塊</p><p>　　在進(jìn)行IFFT

80、運(yùn)算時(shí)，IFFT的輸入為36個(gè)子載波，其中第一個(gè)子載波放置到第23號(hào)位置，最后一個(gè)子載波放置到第58號(hào)位置，其余位置補(bǔ)零。其中IFFT運(yùn)算結(jié)果有用的數(shù)據(jù)只為實(shí)部。</p><p>　　圖4.3 IFFT模塊結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　4.2 添加循環(huán)前綴</p><p>　　由于信道具有記憶性，導(dǎo)致結(jié)果輸出不僅與當(dāng)前輸入塊有關(guān)，還與上一個(gè)輸入塊有關(guān)，這樣就引起了塊間

81、干擾(ISI)。并且由于多徑傳播的影響，會(huì)造成子載波間的干擾(ICI)，即子載波的正交性遭到破壞。</p><p>　　圖4.4 添加循環(huán)前綴</p><p><b>　　4.3 加窗模塊</b></p><p>　　采用特定的窗函數(shù)，每個(gè)符號(hào)邊界的8個(gè)采樣點(diǎn)使用升余弦函數(shù)，其余采樣點(diǎn)窗函數(shù)值設(shè)置為1。</p><p>

82、　　圖4.5 升余弦窗函數(shù)</p><p>　　相鄰符號(hào)間的頭部8采樣點(diǎn)和尾部8采樣點(diǎn)進(jìn)行覆蓋疊加。示意圖如下：</p><p>　　圖4.6符號(hào)的覆蓋疊加</p><p><b>　　4.4 前導(dǎo)模塊</b></p><p>　　前導(dǎo)是由8個(gè)SYNCP符號(hào)和1.5個(gè)SYNCM符號(hào)連接后加窗后構(gòu)成，其中每個(gè)SYNCP和S

83、YNCM符號(hào)都包含了256點(diǎn)。</p><p>　　圖4.7 前導(dǎo)加窗示意圖</p><p>　　SYNCP是由固定的36個(gè)初始相位為映射復(fù)數(shù)做IFFT后取實(shí)部的結(jié)果，SYNCM符號(hào)為SYNCP符號(hào)取反的結(jié)果。</p><p><b>　　4.5 成幀模塊</b></p><p>　　圖4.8一幀信號(hào)波形圖</p&

84、gt;<p>　　圖4.9一幀信號(hào)的功率譜示意圖</p><p>　　第5章 OFDM調(diào)制器的Verilog仿真</p><p>　　5.1 OFDM調(diào)制器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　圖5.1為OFDM調(diào)制器Verilog仿真的結(jié)構(gòu)框圖，系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于G3-PLC協(xié)議。數(shù)據(jù)源FCH和DATA采用預(yù)先存儲(chǔ)于ROM的數(shù)據(jù)，然后數(shù)據(jù)經(jīng)過映射模塊，映射數(shù)據(jù)在

85、做IFFT運(yùn)算之前要進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，添加循環(huán)前綴和加窗后，與前導(dǎo)碼進(jìn)行疊加，形成OFDM幀。</p><p>　　圖5.1 OFDM調(diào)制器的結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　5.2 子模塊仿真分析</p><p>　　5.2.1 BPSK/DBPSK映射</p><p>　　本次設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)源FCH和DATA預(yù)先存儲(chǔ)于ROM模塊中，模塊設(shè)計(jì)方案為當(dāng)F

86、CH數(shù)據(jù)輸入使能信號(hào)en_FCH有效時(shí)，輸入FCH待映射數(shù)據(jù)，輸出數(shù)據(jù)out_map為BPSK映射的FCH；若DATA數(shù)據(jù)輸入使能信號(hào)en_DATA有效時(shí)，輸入DATA待映射數(shù)據(jù)，輸出數(shù)據(jù)out_map為DBPSK映射的Data。函數(shù)結(jié)構(gòu)如圖5.2所示：</p><p>　　圖 5.2 BPSK/DBPSK映射函數(shù)</p><p>　　其中，每36個(gè)數(shù)據(jù)的起點(diǎn)，輸出一個(gè)sop_map信號(hào)，

87、表示映射數(shù)據(jù)輸出的起點(diǎn)。數(shù)據(jù)進(jìn)行BPSK/DBPSK映射的時(shí)候，由于調(diào)制方式差異的原因，如果DATA緊跟著FCH輸入完就輸入進(jìn)行DBPSK映射，那么DBPSK的輸出會(huì)比BPSK輸出晚兩個(gè)時(shí)鐘才會(huì)開始，所以需要讓DATA提前兩個(gè)時(shí)鐘輸入。BPSK/DBPSK映射仿真波形如圖5.3、5.4所示。</p><p>　　圖5.3 BPSK映射仿真波形</p><p>　　圖5.4 DBPSK映射仿

88、真波形</p><p>　　5.2.2 IFFT前數(shù)據(jù)處理</p><p>　　IFFT前數(shù)據(jù)處理的主要目的是實(shí)現(xiàn)輸入IFFT的數(shù)據(jù)流的控制，使輸入數(shù)據(jù)能夠滿足IFFT模塊的處理數(shù)據(jù)的要求。</p><p>　　圖5.5 數(shù)據(jù)流控制示意圖</p><p>　　5.2.3 IFFT模塊</p><p>　　IFFT模塊采

89、用了經(jīng)過優(yōu)化的ALTER公司的IP核FFT V7.2。該IP核處理速度快、占用資源少、使用方便，能夠滿足本設(shè)計(jì)的應(yīng)用要求。</p><p>　　圖5.6 IFFT模塊仿真波形圖</p><p>　　5.2.4 添加循環(huán)前綴和加窗</p><p>　　將IFFT運(yùn)算結(jié)果暫存于兩塊RAM中，用來交替存儲(chǔ)流入的數(shù)據(jù)。 </p><p>　　循環(huán)前

90、綴的方案采用重復(fù)讀取RAM中的數(shù)據(jù)的方式，將一部分?jǐn)?shù)據(jù)重復(fù)復(fù)制，從而形成循環(huán)前綴。</p><p>　　圖5.7 數(shù)據(jù)流控制示意圖</p><p>　　由于FPGA中乘法器需要占用很大的資源，所以在硬件設(shè)計(jì)中將升余弦函數(shù)部分用程序直接實(shí)現(xiàn)，其實(shí)現(xiàn)方法為將升余弦函數(shù)的數(shù)值轉(zhuǎn)化為8位二進(jìn)制，用移位代替乘法器，而其他數(shù)值保持不變。</p><p>　　圖5.8 添加循

91、環(huán)前綴和加窗函數(shù)仿真波形</p><p>　　5.2.5 前導(dǎo)生成模塊</p><p>　　首先將一個(gè)符號(hào)的SYNCP的數(shù)據(jù)預(yù)先存儲(chǔ)在256*16bit的ROM中，SYNCM采用SYNCP取反的結(jié)果，不會(huì)單獨(dú)再存放于ROM中。前導(dǎo)生成函數(shù)結(jié)構(gòu)圖如圖5.13所示，輸入信號(hào)ena啟動(dòng)前導(dǎo)序列生成的信號(hào)，輸出信號(hào)oData_preamble_valid為前導(dǎo)序列的有效信號(hào)。</p>

92、<p>　　圖5.9 前導(dǎo)生成函數(shù)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　函數(shù)內(nèi)部設(shè)置計(jì)數(shù)器變量cnt，讀取9.5個(gè)符號(hào)。當(dāng)計(jì)數(shù)器cnt為0時(shí)，開始進(jìn)行第一個(gè)符號(hào)讀取，同時(shí)頭部8點(diǎn)進(jìn)行加窗，由于地址的讀取會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)時(shí)鐘的延時(shí)，所以當(dāng)?shù)刂纷x取從2開始(0和1由于地址無效，不是有效值)。第一個(gè)符號(hào)讀取完畢后繼續(xù)從ROM中重復(fù)讀取第2至第8個(gè)SYNCP，此時(shí)已讀取了8個(gè)SYNCP。當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)至8時(shí)，讀取SYNCP的同

93、時(shí)取反，形成SYNCM，當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)至9時(shí)，讀取1/2個(gè)SYNCM的同時(shí)進(jìn)行尾部8點(diǎn)加窗，生成前導(dǎo)。前導(dǎo)仿真波形圖如圖5.14所示。</p><p>　　圖5.10 前導(dǎo)仿真波形圖</p><p>　　5.2.6 成幀模塊</p><p>　　由于前導(dǎo)長(zhǎng)度2432點(diǎn)，需要設(shè)置移位寄存器進(jìn)行cp的2432個(gè)時(shí)鐘的輸出延時(shí)，將前導(dǎo)的輸出和數(shù)據(jù)的輸出連續(xù)形成一幀。<

94、/p><p>　　圖5.11 OFDM仿真波形圖</p><p>　　5.3 仿真結(jié)果的對(duì)比驗(yàn)證</p><p>　　將Verilog的仿真結(jié)果與MATLAB的仿真結(jié)果進(jìn)行比較，圖5.12展示的是Verilog仿真值與MATLAB計(jì)算結(jié)果的均方誤差。從圖中可以看出Verilog的計(jì)算值與MATLAB的計(jì)算值存在誤差。這個(gè)誤差的來源主要有兩個(gè)方面，一方面是因?yàn)椴捎枚c(diǎn)數(shù)

95、計(jì)算，轉(zhuǎn)換過程中有一定的舍入誤差。令一方面是在計(jì)算過程中也會(huì)產(chǎn)生一些累積的誤差。但這個(gè)均方誤差值均小于，完全能夠滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　圖5.12 均方誤差值</p><p><b>　　第6章 總結(jié)</b></p><p>　　OFDM是一種能夠?qū)褂啥鄰剿ヂ湫诺涝斐傻姆?hào)間干擾的有效技術(shù)，它可在頻率選擇性衰落信道中實(shí)現(xiàn)高速率

96、的無線通信。第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)己確定，第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)己處于研究和試驗(yàn)階段。OFDM技術(shù)作為一種高效的調(diào)制技術(shù)，將成為第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。作為OFDM系統(tǒng)中關(guān)鍵技術(shù)之一的信道估計(jì)，它的性能直接影響到未來移動(dòng)通信的通信品質(zhì)。開展這方面的研究具有很強(qiáng)的理論和現(xiàn)實(shí)意義。 </p><p>　　OFDM技術(shù)的主要優(yōu)缺點(diǎn)：</p><p><b>　　優(yōu)點(diǎn)：</

97、b></p><p>　　(1) 適用于多徑環(huán)境和衰落信道中的高速數(shù)據(jù)傳輸</p><p>　　它將高速串行數(shù)據(jù)分割成多個(gè)子信號(hào)，降低碼元速率，相應(yīng)延長(zhǎng)了碼元周期；當(dāng)傳輸?shù)姆?hào)周期大于最大延遲時(shí)間時(shí)就能夠有效的減弱多徑擴(kuò)展的影響。所以O(shè)FDM對(duì)信道中因多徑傳輸而出現(xiàn)的ISI有很強(qiáng)的魯棒性，系統(tǒng)總的誤碼率性能好。</p><p>　　(2) 具有很強(qiáng)的抗信道衰落

98、能力</p><p>　　在OFDM中由于并行數(shù)據(jù)碼元周期很長(zhǎng)，一般大于深衰落的延續(xù)時(shí)間，通常衰落發(fā)生在某個(gè)子載波上，這時(shí)通過各個(gè)子載波的聯(lián)合編碼，便可恢復(fù)。如果衰落不是特別嚴(yán)重，簡(jiǎn)單的均衡器結(jié)構(gòu)是OFDM的突出優(yōu)點(diǎn)之一。由于OFDM在每個(gè)子信道上通常經(jīng)歷的是平坦衰落，所以可以方便的對(duì)各個(gè)子信道進(jìn)行頻域均衡。通常，一階抽頭濾波器結(jié)構(gòu)的均衡器便可滿足要求。這對(duì)接收機(jī)的復(fù)雜度是個(gè)很大的簡(jiǎn)化。</p>&

99、lt;p>　　(3) 頻譜利用率高</p><p>　　傳統(tǒng)的頻分多路傳輸方法是將頻帶分為若干個(gè)不相交的子頻帶來并行傳輸數(shù)據(jù)流，各個(gè)子信道之間要保留足夠的保護(hù)頻帶。而OFDM系統(tǒng)由于各個(gè)子載波之間存在正交性，允許子信道的頻譜互相重疊，因此與常規(guī)的頻分復(fù)用系統(tǒng)相比，OFDM系統(tǒng)可以最大限度地利用頻譜資源。當(dāng)子載波個(gè)數(shù)很大時(shí)，系統(tǒng)的頻譜利用率趨于。</p><p>　　(4) 可以采用I

100、DFT和DFT方法來實(shí)現(xiàn)</p><p>　　各個(gè)子信道中的正交調(diào)制和解調(diào)可以采用IDFT和DFT方法來實(shí)現(xiàn)。尤其在子載波數(shù)目眾多的情況下，采用FFT算法能大大減少系統(tǒng)的復(fù)雜度，簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，使得OFDM技術(shù)更趨于實(shí)用化。</p><p><b>　　(5) 抗窄帶干擾</b></p><p>　　因?yàn)檎瓗Ц蓴_只能影響一小部分的子載波，因此OF

101、DM系統(tǒng)可以在某種程度上抵抗這種窄帶干擾。</p><p><b>　　缺點(diǎn)：</b></p><p>　　(1) 對(duì)定時(shí)和頻率偏移敏感</p><p>　　由于子信道的頻譜相互覆蓋，這就對(duì)它們之間的正交性提出了嚴(yán)格的要求。然而由于無線信道存在時(shí)變性，在傳輸過程中會(huì)出現(xiàn)無線信號(hào)的頻率偏移，例如多普勒頻移，或者由于發(fā)射機(jī)載波頻率與接收機(jī)本地振蕩器

102、之間存在的頻率偏差，都會(huì)使得OFDM系統(tǒng)子載波之間的正交性遭到破壞，從而導(dǎo)致子信道間干擾（ICI），這種對(duì)頻率偏差的敏感性是OFDM系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)之一。</p><p>　　(2) 存在較高的峰值平均功率比</p><p>　　多載波系統(tǒng)的輸出是多個(gè)子信道信號(hào)的疊加，因此如果多個(gè)信號(hào)的相位一致時(shí)，所得到的疊加信號(hào)的瞬時(shí)功率就會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于信號(hào)的平均功率，導(dǎo)致較大的峰值平均功率比。這就對(duì)發(fā)射機(jī)內(nèi)

103、放大器的線性度提出了很高的要求，因此可能帶來信號(hào)畸變，使信號(hào)的頻譜發(fā)生變化，從而導(dǎo)致各個(gè)子信道間的正交性遭到破壞，產(chǎn)生干擾，使系統(tǒng)的性能惡化。</p><p>　　本文介紹了OFDM技術(shù)的基礎(chǔ)理論，其重點(diǎn)對(duì)OFDM調(diào)制器及其相關(guān)模塊如調(diào)制映射、IFFT、加循環(huán)前綴、加窗技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的分析，最后在研究過程中結(jié)合理論分析，分別使用MATLAB工具和Verilog HDL硬件描述語言對(duì)OFDM調(diào)制器進(jìn)行了仿真并對(duì)誤碼

104、率進(jìn)行了對(duì)比。</p><p><b>　　第7章 展望</b></p><p>　　OFDM技術(shù)具有在雜波干擾下傳送信號(hào)的能力，因此常常會(huì)被利用在容易受外界干擾或者抵抗外界干擾能力較差的傳輸介質(zhì)中。OFDM被廣泛地應(yīng)用于電力線通信、無線局城網(wǎng)、DAB，DVB以及HDTV等系統(tǒng)中，具有廣闊的應(yīng)用前景。OFDM是現(xiàn)在研究的一個(gè)熱點(diǎn)，但是由于對(duì)OFDM技術(shù)的研究還處于起步

105、階段，OFDM技術(shù)無論是在理論方面還是在實(shí)際應(yīng)用方面都還存在一些值得研究的問題。今后對(duì)于OFDM系統(tǒng)的研究方向如下：</p><p>　　(1) 對(duì)峰值平均功率比進(jìn)行研究。由于多載波系統(tǒng)會(huì)存在導(dǎo)致較大的峰值平均功率比(PARP)，這就對(duì)發(fā)射機(jī)內(nèi)的放大器的線性度提出了很高的要求，可能會(huì)帶來信號(hào)畸變，是信號(hào)的頻譜發(fā)生變化，使得系統(tǒng)的正交性遭到破壞，產(chǎn)生干擾。在沒有理想的放大器的情況下，這是必須解決的難題。</p

106、><p>　　(2) 對(duì)OFDM整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行仿真及FPGA的實(shí)現(xiàn)。本次設(shè)計(jì)主要是內(nèi)容為OFDM調(diào)制器的FPGA的實(shí)現(xiàn)，在今后的工作中可以進(jìn)一步去了解OFDM解調(diào)器、信道估計(jì)、編譯碼等技術(shù)。</p><p>　　(3) 設(shè)計(jì)基于不同協(xié)議的OFDM系統(tǒng)。例如，通過設(shè)計(jì)基于IEEE802.16a協(xié)議的OFDM系統(tǒng)，以更深的理解OFDM技術(shù)和更好的應(yīng)用OFDM。 </p><p&