【正文】 d in chapter 5, and the simulation results were pared. Chapter 6 main advantages and disadvantages of OFDM technology, and its development is prospected. 武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） Key Words: Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM)。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。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)的關(guān)鍵技術(shù)作出了詳盡的介紹。 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) 。 作者專業(yè)： 作者學(xué)號(hào)： 作者簽名： ____年 ___月 ___日 武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 摘 要 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。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)。它能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。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) 。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)。 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 武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） Abstract Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) technique is a multicarrier digital modulation technology, as a kind of can effective against interference and symbol 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, low cost, etc, has been widely applied. It can satisfy the high speed wireless munications, broadband and mobile needs, be the first choice of the fourth generation mobile munication technology, is also a hot problem in the study on the current mobile munication technology. FPGA (Field Programmable Gate Array) is a kind of programmable logic devices, it 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 inparable convenience and flexibility. These features make the FPGA can achieve high performance of OFDM munication system transceiver module function. This article overview the basic concept of OFDM system are introduced, the basic working principle and key technology, points out the advantages of OFDM modulation technique。 Field Programmable Gate Array (FPGA) 。 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。 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。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。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。 武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(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。 在衰落信道中，根據(jù)多徑信號(hào)最大時(shí)延 mT 和碼元時(shí)間 sT 的 關(guān)系，可以把性能降級(jí)分為平坦衰落和頻率選擇性衰落兩種類型。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。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(hào)，這點(diǎn)是毀滅性的 。 OFDM 技術(shù)的實(shí)現(xiàn) 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。 OFDM 是一種能有效利用有限 CENELEC 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拧r(shí)間 — 頻率交織方案用于降低 譯碼器輸入端接受噪音的相關(guān)性而提供多樣性。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。 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。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。 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。 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。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。 信道估 計(jì) 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。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?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。 編碼信道和交織 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。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。 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。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 )， di(i=0,1,2… ,N1) 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 錯(cuò)誤 !未指定書簽。 tfje 12 ?信 道來 自 信 道 的數(shù) 據(jù)串并變換d 1d 0d N 1tfje 22 ?tfj Ne 12 ???s ( t )tfje 12 ? tfje 22??tfj Ne 12 ?? ?積 分積 分積 分0~d1~?Nd 1~d并串變換 圖 OFDM 系統(tǒng)調(diào)制解調(diào)模型框圖 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。 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)。同樣在接收端，為了恢復(fù)出原始的數(shù)據(jù)符號(hào) id ，可以對(duì) ｓ ｋ 進(jìn)行逆變換，即 DFT 得到： 102s e xp ( )NikiikdjN?????? (0 1)iN? ? ? () 調(diào) 制( 如 Q A M )串行變并行武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 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) id 變換為時(shí)域數(shù)據(jù)符號(hào) sk ，經(jīng)過射頻載波調(diào)制之后，發(fā)送到無線信道中。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。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。 圖 G3PLC協(xié)議的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu) 圖 OFDM 調(diào)制器系統(tǒng)模型 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。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。 圖 前導(dǎo)加窗示意圖 頭 部 尾 部頭 部 尾 部頭 部 尾 部第 n 1 個(gè) 符 號(hào)第 n 個(gè) 符 號(hào)第 n + 1 個(gè) 符 號(hào)++最 終 的 符 號(hào)… … … …S Y N C P S Y N C PS Y N C PS Y N C PS Y N C PS Y N C PS Y N C PS Y N C PS Y N C P1/2MS Y N C M8 個(gè) 采 樣 點(diǎn)8 個(gè) 采