【正文】 示。圖 BPSK 映射仿真波形武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）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(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。圖 數(shù)據(jù)流控制示意圖 IFFT 模塊IFFT 模塊采用了經(jīng)過(guò)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(jì)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(jì)（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(yùn)算結(jié)果暫存于兩塊 RAM 中，用來(lái)交替存儲(chǔ)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?jǐn)?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 15248249250251252253254255……保護(hù)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(jì)（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(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。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(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 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)。圖 前導(dǎo)生成函數(shù)結(jié)構(gòu)圖函數(shù)內(nèi)部設(shè)置計(jì)數(shù)器變量 t，讀取 個(gè)符號(hào)。當(dāng)計(jì)數(shù)器 t 為 0 時(shí)，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(jì)（論文）23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(wú)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 所示。圖 前導(dǎo)仿真波形圖 成幀模塊由于前導(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。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(duì)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。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(lái)源主要有兩個(gè)方面，一方面是因?yàn)椴捎枚c(diǎn)數(shù)計(jì)算，轉(zhuǎn)換過(guò)程中有一定的舍入誤差。令一方面是在計(jì)算過(guò)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)510?設(shè)計(jì)要求。0 50 10 150 20 250 3001234x 105 位位位位位位位位位位位位位圖 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(jì)（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?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)高速率的無(wú)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(lái)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。 OFDM 技術(shù)的主要優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：(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(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。(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(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(guò)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。(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(gè)不相交的子頻帶來(lái)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）26用率趨于 。2/BaudHz(4) 可以采用 IDFT 和 DFT 方法來(lái)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(lái)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。(5) 抗窄帶干擾因?yàn)檎瓗Ц蓴_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(diǎn)：(1) 對(duì)定時(shí)和頻率偏移敏感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(wú)線信道存在時(shí)變性，在傳輸過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)無(wú)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。(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(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)放大器的線性度提出了很高的要求，因此可能帶來(lái)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。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(guò)程中結(jié)合理論分析，分別使用 MATLAB 工具和 Verilog HDL 硬件描述語(yǔ)言對(duì)OFDM 調(diào)制器進(jìn)行了仿真并對(duì)誤碼率進(jìn)行了對(duì)比。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(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(wú)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)的研究還處于起步階段，OFDM 技術(shù)無(wú)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(wèn)題。今后對(duì)于 OFDM 系統(tǒng)的研究方向如下：(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(lái)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(méi)有理想的放大器的情況下，這是必須解決的難題。(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)。(3) 設(shè)計(jì)基于不同協(xié)議的 OFDM 系統(tǒng)。例如，通過(guò)設(shè)計(jì)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(jì)出在實(shí)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(wèn)題，必將帶來(lái)高速便捷的寬帶通信新時(shí)代武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）28參考文獻(xiàn)[1] 佟學(xué)儉,羅濤. 移動(dòng)通信技術(shù)原理與應(yīng)用[M]. 北京：人民郵電出版社 , 2022[2] 堂向宏 ,岳恒立 , 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,2022.[3] 郭梯云,鄔國(guó)揚(yáng),李建東.《移動(dòng)通信》[M]. 西安電子科技大學(xué)出版社 ,2022[4] 系統(tǒng)同步技術(shù)研究[D] 大連理工大學(xué),[5] [M]. 廣州 廣東通信技術(shù)出版社  [6] . 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