【正文】 章 OFDM 調(diào)制器技術(shù) .........................................................................................9 OFDM 調(diào)制解調(diào)原理 ........................................................................................9 采用 IFFT 和 FFT 的 OFDM 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) ...................................................11 第 4 章 OFDM調(diào)制器的 MTALAB 仿真 .................................................................14 IFFT 模塊 .........................................................................................................15 添加循環(huán)前綴 .................................................................................................15 加窗模塊 .........................................................................................................16 前導(dǎo)模塊 .........................................................................................................16 成幀模塊 .........................................................................................................17 第 5 章 OFDM調(diào)制器的 VERILOG 仿真 ..............................................................18 OFDM 調(diào)制器的結(jié)構(gòu)設(shè)計 .............................................................................18 子模塊仿真分析 .............................................................................................18 IFFT前數(shù)據(jù)處理 .....................................................................................20 武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 IFFT 模塊 ..................................................................................................20 添加循環(huán)前綴和加窗 ................................................................................21 前導(dǎo)生成模塊 ..........................................................................................22 成幀模塊 ..................................................................................................23 仿真結(jié)果的對比驗證 .....................................................................................24 第 6 章 總結(jié)與展望 ...................................................................................................... 29 參考文獻(xiàn) ........................................................................................................................ 28 致謝 ................................................................................................................................ 29 附錄 主 要英文縮寫語對照表 .................................................................................... 30 武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 第 1 章 緒論 OFDM 的研究背景 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)注的一個焦點。雖然第三代移動通信比現(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， 第四代移動通信系統(tǒng)計劃已經(jīng)開始研究。第四代移動通信以正交頻分復(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。 20 世紀(jì) 60 年代已經(jīng)提出了 OFDM 的基本原理，有關(guān) OFDM 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調(diào)制解調(diào)器的功能，簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，使 OFDM 技術(shù)更趨于實用化。近年來，隨著數(shù)字信號處理（ 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 也因而變得更加實用。 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)送符號周期源于大于多徑時延，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。 OFDM 的研究目的和意義 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 OFDM 基帶處理技術(shù)、 FPGA 電路設(shè)計的關(guān)鍵思想，并給予 FPGA 設(shè)計，實現(xiàn) OFDM 系統(tǒng)中的關(guān)鍵功能模塊和基帶處理中的調(diào)制解調(diào)器，并給出仿真結(jié)果。 基于 PFGA 實現(xiàn) OFDM 通信系統(tǒng)，能有效降低電路復(fù)雜度，運用先進(jìn)的算法提升通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)，采用計算機輔助設(shè)計，實現(xiàn)電子設(shè)計自動化，便于移植、集成和大規(guī)模生產(chǎn)。 武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 第 2章 OFDM 技術(shù)基礎(chǔ) OFDM 的基本原理 眾所周知無線通信傳輸信號的路徑有很多，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)對數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊?。在數(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 所示。 ? ?tgtjwe 0 tjwe 0? ?tg ?信 道 圖 2. 1 單載波傳輸示意圖 圖中 g(t)是匹配濾波器 (對于給定的碼元波形，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，這種系統(tǒng)因時延產(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)一個碼元的時延信號產(chǎn)生的拖尾延伸到相鄰碼元時間中時，會影響信號的正確接收，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)多徑時延，可能會影響到后面好幾個碼元。這就對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現(xiàn)性。從另一個角度去看，當(dāng)信號的帶寬接近或者超過信道的相干帶寬時，信道的時間彌散就會導(dǎo)致頻率選擇性衰落，使得同一個信號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)的運用就是一種必然趨勢。 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較低的若干個子信道中進(jìn)行傳輸。由于每個子信道中的碼元周期會相對增加，因此可以減輕由無線信道的多徑時延擴展所產(chǎn)生的時間彌散性對系統(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延擴展，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]。 武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 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，它能夠很好地對抗信道的頻率選擇性衰落，減少甚至消除碼間干擾的影響。 OFDM是一項多載波傳輸技術(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并行的子數(shù)據(jù)流（也可以看作將一個信道劃分為若干個并行的相互正交的子信道），這樣的話每個子數(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），因此每個子信道上的碼元周期將會變長，每個子信道上便是平坦衰落，然后用每個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)成多個低速碼元合成的數(shù)據(jù)的發(fā)送傳輸系統(tǒng) 基本原理圖如圖 。 S / P積 分判 決積 分判 決積 分判 決P / S＋信 道1jte ?0jte ?1Njte ? ?0jte ??1jte ??1Njte ? ??0?d1?d1?Nd ?? ?st0d1d1Nd ? 圖 2. 2 OFDM 系統(tǒng)調(diào)制解調(diào)原理框圖 在單載波系統(tǒng)中，一次干擾或衰落就可能導(dǎo)致整個鏈路性能惡化甚至失效，但是在多載波系統(tǒng)中，某一時刻僅僅會有少部分子信道受到衰落的影響，從而不會使得整個通信鏈路性能失效。 在衰落信道中，根據(jù)多徑信號最大時延 mT 和碼元時間 sT 的 關(guān)系，可以把性能降級分為平坦衰落和頻率選擇性衰落兩種類型。如果 msTT ，則信道呈現(xiàn)平坦衰落。在這種情況下，一個碼元的多徑時延分量都在一個碼元的持續(xù)時間內(nèi)到達(dá)，因此信號不可分辨，此時就不會引起碼間干擾，因為此時信號的時間擴展并不會導(dǎo)致相鄰接收碼元的顯著重疊。如果 msTT ，則信道會呈現(xiàn)頻率選擇性衰落。只要一個碼元的多徑時延擴展超出了碼元持續(xù)時間，就會出現(xiàn)這種情況，而信號的這種時延擴展會導(dǎo)致信號碼間干擾的產(chǎn)生。 正交頻分 復(fù)用的技術(shù)關(guān)鍵就是實現(xiàn)并保護(hù)好子載波間的正交性，接受端收到武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 的信號 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。正是由于每個子載波的正交性，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，所以非常適合移動場合中的高速傳輸。多徑傳輸?shù)姆柛蓴_時個頭疼的問題， OFDM 為解決這樣的問題在符號間加上保護(hù)間隔內(nèi)，保護(hù)間隔可以不傳輸任何信號。這樣的情況下仍然解決不了信道間干擾 （ 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，這點是毀滅性的 。 OFDM 的解決方法是把