【導(dǎo)讀】與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻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（論文）引起的法律結(jié)果完全由本人。畢業(yè)設(shè)計（論文）成果歸武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院所有。能力強、抗窄帶干擾性能好、成本低等特點，得到了廣泛應(yīng)用。當(dāng)前移動通信技術(shù)研究的熱點問題。其他方式無可比擬的方便性和靈活性。這些特性使得FPGA可以高性能地實現(xiàn)。OFDM通信系統(tǒng)的收發(fā)模塊功能。真波形進行方案的優(yōu)化完善并進行驗證。第3章對OFDM調(diào)制解調(diào)原理進行了說明，并介紹采用IFFT和FFT. 第4章敘述了OFDM調(diào)制器的MTALAB仿真。了OFDM調(diào)制器的VERILOG仿真，并對仿真結(jié)果進行對比驗證。技術(shù)的主要優(yōu)缺點總結(jié)，并對其發(fā)展進行了展望。

　　

【正文】 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） 20 圖 DBPSK 映射仿真波形 IFFT 前數(shù)據(jù)處理 IFFT 前數(shù)據(jù)處理的主要目的是實現(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。 圖 數(shù)據(jù)流控制示意圖 IFFT 模塊 IFFT 模塊采用了經(jīng)過優(yōu)化的 ALTER 公司的 IP 核 FFT 。該 IP 核處理速度快、占用資源少、使用方便，能夠滿足本設(shè)計的 應(yīng)用要求。 R A M 1R A M 2MUXMUX輸 入 數(shù) 據(jù)I F F T8 0 0 K8 0 0 K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） 21 圖 IFFT 模塊仿真波形圖 添加循環(huán)前綴和加窗 將 IFFT 運算結(jié)果暫存于兩塊 RAM 中，用來交替存儲流入的數(shù)據(jù)。 循環(huán)前綴的方案采用重復(fù)讀取 RAM 中的數(shù)據(jù)的方式，將一部分數(shù)據(jù)重復(fù)復(fù)制，從而形成循環(huán)前綴。 圖 數(shù)據(jù)流控制示意圖 2 2 6 2 5 5 0 2 5 50 1 2 3 4 5 6 78 9 10 11 12 13 14 15248 249 250 251 252 253 254 255……保 護 間 隔R A M 中 的 數(shù) 據(jù)有 效 數(shù) 據(jù)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） 22 由于 FPGA 中乘法器需要占用很大的資源，所以在硬件設(shè)計中將升余弦函數(shù)部分用程序直接實現(xiàn)，其實現(xiàn)方法為將升余弦函數(shù)的數(shù)值轉(zhuǎn)化為 8 位二進制，用移位代替乘法器，而其他數(shù)值保持不變。 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 首先將一個符號的 SYNCP 的數(shù)據(jù)預(yù)先存儲在 256*16bit 的 ROM 中， SYNCM采用 SYNCP 取反的結(jié)果，不會單獨再存放于 ROM 中。前導(dǎo)生成函數(shù)結(jié)構(gòu)圖如圖 所示，輸入信號 ena 啟動前導(dǎo)序列生成的信號，輸出信號 oData_preamble_valid為前導(dǎo)序列的有效信號。 圖 前導(dǎo)生成函數(shù)結(jié)構(gòu)圖 函數(shù)內(nèi)部設(shè)置計數(shù)器變量 t，讀取 個符號。當(dāng)計數(shù)器 t 為 0 時，開始武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 23 進行第一個符號讀取，同時頭部 8 點進行加窗，由于地址的讀取會產(chǎn)生兩個時鐘的延時，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 )。第一個符號讀取完畢后繼續(xù)從 ROM 中重復(fù)讀取第 2 至第 8 個 SYNCP，此時已讀取了 8 個SYNCP。當(dāng)計數(shù)器計數(shù)至 8 時，讀取 SYNCP 的同時取反，形成 SYNCM，當(dāng)計數(shù)器計數(shù)至 9 時，讀取 1/2 個 SYNCM 的同時進行尾部 8 點加窗，生成前導(dǎo)。前導(dǎo)仿真波形圖如圖 所示。 圖 前導(dǎo)仿真波形圖 成幀模塊 由于前導(dǎo)長度 2432 點，需要設(shè)置移位寄存器進行 cp 的 2432 個時鐘的輸出延時，將前導(dǎo)的輸出和數(shù)據(jù)的輸出連續(xù)形成一幀。 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） 24 圖 OFDM 仿真波形圖 仿真結(jié)果的對比驗證 將 Verilog 的仿真結(jié)果與 MATLAB 的仿真結(jié)果進行比較，圖 展示的是Verilog 仿真值與 MATLAB 計算結(jié)果的均方誤差。從圖中可以看出 Verilog 的計算值與 MATLAB 的計算值存在誤差。這個誤差的來源主要有兩個方面，一方面是因為采用定點數(shù)計算，轉(zhuǎn)換過程中有一定的舍入誤差。令一方面是在計算過程中也會產(chǎn)生一些累積的誤差。但這個均方誤差值均小于 510? ，完全能夠滿 足系統(tǒng)設(shè)計要求。 0 50 100 150 200 250 30000 . 511 . 522 . 533 . 54x 1 05 誤差分析采樣點數(shù)均方誤差值 圖 均方誤差值 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） 25 第 6 章 總結(jié) OFDM 是一種能夠?qū)褂啥鄰剿ヂ湫诺涝斐傻姆栭g干擾的有效技術(shù)，它可在頻率選擇性衰落信道中實現(xiàn)高速率的無線通信。第三代移動通信系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)己確定，第四代移動通信系統(tǒng)己處于研究和試驗階段。 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，它的性能直接影響到未來移動通信的通信品質(zhì)。開展這方面的研究具有很強的理論和現(xiàn)實意義。 OFDM 技術(shù)的主要優(yōu)缺點： 優(yōu)點： (1) 適用于多徑環(huán)境和 衰落信道中的高速數(shù)據(jù)傳輸 它將高速串行數(shù)據(jù)分割成多個子信號，降低碼元速率，相應(yīng)延長了碼元周期；當(dāng)傳輸?shù)姆栔芷诖笥谧畲笱舆t時間時就能夠有效的減弱多徑擴展的影響。所以O(shè)FDM 對信道中因多徑傳輸而出現(xiàn)的 ISI 有很強的魯棒性，系統(tǒng)總的誤碼率性能好。 (2) 具有很強的抗信道衰落能力 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)時間，通常衰落發(fā)生在某個子載波上，這時通過各個子載波的聯(lián)合編碼，便可恢復(fù)。如果衰落不是特別嚴重，簡單的均衡器結(jié)構(gòu)是 OFDM 的突出優(yōu)點之一。由于 OFDM 在每個子信道上通常經(jīng)歷的是 平坦衰落，所以可以方便的對各個子信道進行頻域均衡。通常，一階抽頭濾波器結(jié)構(gòu)的均衡器便可滿足要求。這對接收機的復(fù)雜度是個很大的簡化。 (3) 頻譜利用率高 傳統(tǒng)的頻分多路傳輸方法是將頻帶分為若干個不相交的子頻帶來并行傳 輸數(shù)據(jù)流，各個子信道之間要保留足夠的保護頻帶。而 OFDM 系統(tǒng)由于各個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)子載波個數(shù)很大時，系統(tǒng)的頻譜利武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 26 用率趨于 2/Baud Hz 。 (4) 可 以 采用 IDFT 和 DFT 方法來實現(xiàn) 各個子信道中的正交調(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，簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，使得 OFDM 技術(shù)更趨于實用化。 (5) 抗窄帶干擾 因為窄帶干擾只能影響一小部分的子載波，因此 OFDM 系統(tǒng)可以在某種程度上抵抗這種窄帶干擾。 缺點： (1) 對定時和頻率偏移敏感 由于子信道的頻譜相互覆蓋，這就對它們之間的正交性提出了嚴格的要求。然而由于無線信道存在時變性，在傳輸過程中會出現(xiàn)無線信號的頻率偏移，例如多普勒頻移，或者由 于發(fā)射機載波頻率與接收機本地振蕩器之間存 在的頻率偏差，都會使得 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)的主要缺點之一。 (2) 存在較高的峰值平均功率比 多載波系統(tǒng)的輸出是多個子信道信號的疊加，因此如果多個信號的相位一致時，所得到的疊加信號的瞬時功率就會遠遠高于信號的平均功率，導(dǎo)致較大的峰值平均功率比。這就對發(fā)射機內(nèi)放大器的線性度提出了很高的要求，因此可能帶來信號畸變，使信號的頻譜發(fā)生變化，從而導(dǎo)致各個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。 本文介紹了 OFDM 技術(shù) 的基礎(chǔ)理論，其重點對 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)進行了詳細的分析，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 OFDM 調(diào)制器進行了仿真并對誤碼率進行了對比。 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） 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)在研究的一個熱點，但是由于對 OFDM 技術(shù)的研究還處于起步階段，OFDM 技術(shù)無論是在理論方面還是在實際應(yīng)用方面都還存在一些值得研究的問題。今后對于 OFDM 系統(tǒng)的研究方向如下： (1) 對峰值平均功率比進行研究。由于多載波系統(tǒng)會存在導(dǎo)致較大的峰值 平均功率比 (PARP)，這就對發(fā)射機內(nèi)的放大器的線性度提出了很高的要求，可能會帶來信號畸 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。在沒有理想的放大器的情況下，這是必須解決的難題。 (2) 對 OFDM 整個系統(tǒng)進行仿真及 FPGA 的實現(xiàn) 。本次設(shè)計主要是內(nèi)容為OFDM 調(diào)制器的 FPGA 的實現(xiàn)，在今后的工作中可以進一步去了解 OFDM 解調(diào)器、信道估計、編譯碼等技術(shù)。 (3) 設(shè)計基于不同協(xié)議的 OFDM 系統(tǒng)。例如，通過設(shè)計基于 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。 總之，設(shè)計出在實際應(yīng)用中可大力應(yīng)用的 OFDM 系統(tǒng)，還有很多的工作需要完成和改善，如果可以解決這些問題，必將帶來高速便捷的寬帶通信新時代 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） 28 參考文獻 [1] 佟學(xué)儉 ,羅濤 . 移動通信技術(shù)原理與應(yīng)用 [M]. 北京：人民郵電出版社 , 2020 [2] 堂向宏 ,岳恒立 ,鄭雪峰 .MATLAB 及在電子信息類課程中的應(yīng)用 [M].北京：北京人民郵電出版社 ,2020. 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The Mobile Conmmunications Handbook[M] London CRC Press,1999,(6):1517 [7] [M]2020,2024 [8] 汪裕民 .OFDM 關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用 [M]. 機械工業(yè)出版社 202011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） 29 致謝 時間飛逝，大學(xué)的學(xué)習(xí)生活很快就要過去，在這四年的學(xué)習(xí)生活中，收獲了很多，而這些成績的取得是和一直關(guān)心幫助我的人分不開的。 首先，衷心感謝我的導(dǎo)師肖萍萍。肖老師淵博的知識、嚴謹?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)的榜樣和動力。在畢設(shè)行過程中，肖老師在 方案制定及具體實施和調(diào)試方面提出了很多寶貴意見，使我在理論和實踐上都得到了很大的鍛煉和提高。 深深感謝我的父母，我這二十多年成長中的點點滴滴都凝聚著他們的心血和一步走到今天，我所有的收獲都來自我父母偉大的付出。 最后，衷心的感謝評閱本文的各位老師和專家。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） 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 Arra