【正文】 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)。如果 msTT ，則信道呈現(xiàn)平坦衰落。 正交頻分 復(fù)用的技術(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） 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。 OFDM 的解決方法是把符號后面長度是Tg（保護(hù)間隔的長度）的部分拿到每個(gè)符號的前面當(dāng)做保護(hù)間隔來傳輸，這種方法就叫做循環(huán)前綴。從 10kHz 到 200kHz 的低頻率區(qū)域更容易 產(chǎn)生沖突。 圖 展示了基于 G3PLC 協(xié)議的 OFDM 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)框圖。 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） 5 D A T A幀 控制 頭( F C H )交 織器卷 積編 碼 器R S編 碼 器擾 頻 器D B P S K /D Q P S K映 射I F F T添 加循 環(huán)前 綴加 窗模 擬前 端電 力 線模 擬前 端同 步 檢測去 除循 環(huán)前 綴F F T信 道估 計(jì)解 交 織D B P S K /D Q P S K解 調(diào)R o b u s t 4R o b u s t 6組 合 器V i t e r b i解 碼 器R S解 碼 器解 擾 器 D A T A幀 控制 頭( F C H )前 向 糾 錯(cuò) 碼 解 碼 器O F D M 解 調(diào) 器前 向 糾 錯(cuò) 碼 編 碼 器 圖 基于 G3PLC 協(xié)議的 OFDM 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)框圖 OFDM 信號是由復(fù)值信號點(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。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。在 OFDM 系統(tǒng)中，只有發(fā)送和接收的子載波完全一致，才能保證載波間的正交性，從而可以正確接收信號。對于單載波系統(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。 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)。 對十突發(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?；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)頻符號浪費(fèi)資源的缺點(diǎn)，且簡單、易實(shí)現(xiàn)，但是同步范圍較小。由于無線信道常常是衰落信道，需要不斷對信道進(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)。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。在高度散射的信道中，信道記憶長度很長，循環(huán)前綴 CP 的長度必須很長，才能使 ISI盡量不出現(xiàn)。對于衰落信道中的隨機(jī)錯(cuò)誤，可以采用信道編碼；對于衰落信道中的突發(fā)錯(cuò)誤，可以采用交織技術(shù)。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。接收時(shí)將信道來的通過 AD轉(zhuǎn)換后的信號通過與 NCO 的兩路正交載頻相乘分解出 IQ 兩路信號送至 FPGA 進(jìn)行 OFDM 調(diào)制在并串轉(zhuǎn) 換數(shù)據(jù)輸出。 開始的 OFDM 符號可以表示為： ????????????????? ???? ? ??TttttTtttttfjTttr e c tdtsssssNisisi?0)](2e x p [)2/(Re)( 10?() 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，通常采用等效基帶信道來表示 OFDM 的輸出信號 : ??????????????? ? ??TttttTtttttTijTttr e c tdtsssssNissi?0)](/2e x p [)2/()( 10? () 其中 s(t) 的實(shí)部和虛部分別對應(yīng) OFDM 符號的同相 (Inphase) 和正交武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 (Quadraturephase)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和合成的 OFDM 符號。 OFDM 實(shí)際上是可以滿足無符號間干擾的奈奎斯特準(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)。采用 IFFT 和 FFT 的 OFDM 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖所示。其中每一個(gè) IDFT 輸出的數(shù)據(jù)符號 sk 都是由所有子載波信號經(jīng)過疊加而成的，既對連續(xù)的多個(gè)經(jīng)過調(diào)制的子載波的疊加信號進(jìn)行抽樣得到的。對于子數(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。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)。 S Y N C PSYNCMS Y N C MS 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 P F C H 1 F C H 3 … F C H 1 3OVERLAPG IF C H 1OVERLAPG IOVERLAPG IOVERLAPG IOVERLAPG ID 1P r e a m b l eF C H… …D A T AB P S K 映 射D B P S K 映 射I F F T添 加循 環(huán)前 綴加 窗成 幀模 塊前 導(dǎo) 生 成模 塊F r a m eD A T AF C H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） 15 IFFT 模塊 在進(jìn)行 IFFT 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 號位置，最后一個(gè)子載波放置到第 58 號位置，其余位置補(bǔ)零。 圖 添加循環(huán)前綴 02 35 8 I F F T2 5 5F C HD A T A取 實(shí) 部運(yùn) 算S i g n a l_ i f f t00 循 環(huán) 前 綴 C P c’0 … c ’2 9 c ’3 0 … … c ’2 8 5 帶 循 環(huán) 前 綴 的 數(shù) 據(jù) 塊 O F D M符 號 c0 c1 c2 … … c2 2 6…c2 5 5 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） 16 加窗模塊 采用特定的窗函數(shù)，每個(gè)符號邊界的 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。 成幀模塊 圖 一幀信號波形圖 圖 一幀信號的功率譜示意圖 第 5 章 OFDM 調(diào)制器的 Verilog 仿真 OFDM 調(diào)制器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 0 2020 4000 6000 8000 10000 12020 14000 16000 18000 0 . 0 8 0 . 0 6 0 . 0 4 0 . 0 200 . 0 20 . 0 40 . 0 60 . 0 8O F D M 信號0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 1 . 2 1 . 4 1 . 6 1 . 8 2x 1 05 3 0 2 0 1 001020304050頻率 ( 單位 H z )功率譜密度/dB信號的功率譜武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 圖 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 G3PLC 協(xié)議。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。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。 圖 添加 循環(huán)前綴和加窗函數(shù)仿真波形 前導(dǎo)生成模塊 首先將一個(gè)符號的 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。第一個(gè)符號讀取完畢后繼續(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。 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） 24 圖 OFDM 仿真波形圖 仿真結(jié)果的對比驗(yàn)證 將 Verilog 的仿真結(jié)果與 MATLAB 的仿真結(jié)果進(jìn)行比較，圖 展示的是Verilog 仿真值與 MATLAB 計(jì)算結(jié)果的均方誤差。但這個(gè)均方誤差值均小于 510? ，完全能夠滿 足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。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)。 (2) 具有很強(qiáng)的抗信道衰落能力 在 OFDM 中由于并行數(shù)據(jù)碼元周期很長，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)。這對接收機(jī)的復(fù)雜度是個(gè)很大的簡化。 (4) 可 以 采用 IDFT 和 DFT 方法來實(shí)現(xiàn) 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)。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），這種對頻率偏差的敏感性是 OFDM 系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)之一。 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） 27 第 7 章 展望 OFDM 技術(shù)具有在雜波干擾下傳送信號的能力，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。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)帶來信號畸 變，是信號的頻譜發(fā)生變化，使得系統(tǒng)的正交性遭到破壞，產(chǎn)生干擾。 (3) 設(shè)計(jì)基于不同協(xié)議的 OFDM 系統(tǒng)。肖老師淵博的知識、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、忘我的工作熱情以及平易近人的作風(fēng)是我學(xué)習(xí)的榜樣和動(dòng)力。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） 30 附錄 主要英文縮寫語對照表 縮略語 中文全稱 英文全稱 OFDM 正交頻分復(fù)用 Orthogonal Frequency Division Multiplexing DFFT 離散快速傅里葉變換 Discrete Fast Fourire Transform ISI 碼間干擾 intersymbol interference ICI 信道間干擾 Digital Cross Connect MSTP 多業(yè)務(wù)傳送平臺 Multi Service Transport Platform PAR 峰值平均功率比 PecktoAverage Ratio FPGA 現(xiàn)場可編程門陣列 Field Programmable Gate Array