【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(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(kāi)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(kāi)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(kāi)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] . The Mobile Conmmunications Handbook[M] London CRC Press,1999,(6):1517[7] 伊長(zhǎng)川，羅濤，樂(lè)光新 多載波寬帶無(wú)線通信技術(shù)[M] 北京 北京郵電大學(xué)出版社2022,2024[8] 關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用[M]. 機(jī)械工業(yè)出版社 202211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）29致謝時(shí)間飛逝，大學(xué)的學(xué)習(xí)生活很快就要過(guò)去，在這四年的學(xué)習(xí)生活中，收獲了很多，而這些成績(jī)的取得是和一直關(guān)心幫助我的人分不開(kāi)的。首先，衷心感謝我的導(dǎo)師肖萍萍。肖老師淵博的知識(shí)、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。在畢設(shè)行過(guò)程中，肖老師在方案制定及具體實(shí)施和調(diào)試方面提出了很多寶貴意見(jiàn)，使我在理論和實(shí)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(zhǎng)中的點(diǎn)點(diǎn)滴滴都凝聚著他們的心血和關(guān)愛(ài) 感謝他們大學(xué)階段給我的支持和鼓勵(lì)，沒(méi)有他們無(wú)私的愛(ài)，我不可能一步一步走到今天，我所有的收獲都來(lái)自我父母?jìng)ゴ蟮母冻觥?最后，衷心的感謝評(píng)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(jì)（論文）30附錄 主要英文縮寫語(yǔ)對(duì)照表縮略語(yǔ) 中文全稱 英文全稱OFDM 正交頻分復(fù)用 Orthogonal Frequency Division MultiplexingDFFT 離散快速傅里葉變換 Discrete Fast Fourire TransformISI 碼間干擾 intersymbol interferenceICI 信道間干擾 Digital Cross ConnectMSTP 多業(yè)務(wù)傳送平臺(tái) Multi Service Transport PlatformPAR 峰值平均功率比 PecktoAverage RatioFPGA 現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列 Field Programmable Gate Arr