【正文】 模塊.........................................................................................................16 成幀模塊.........................................................................................................17 第 5 章 OFDM 調(diào)制器的 VERILOG 仿真..............................................................18 OFDM 調(diào)制器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).............................................................................18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）7 子模塊仿真分析.............................................................................................18..................................................................................18 IFFT 前數(shù)據(jù)處理 .....................................................................................20 IFFT 模塊 ..................................................................................................20 添加循環(huán)前綴和加窗................................................................................21 前導(dǎo)生成模塊..........................................................................................22 成幀模塊..................................................................................................23 仿真結(jié)果的對(duì)比驗(yàn)證.....................................................................................24第 6 章 總結(jié)與展望.......................................................................................................25參考文獻(xiàn).........................................................................................................................28致謝.................................................................................................................................29附錄 主要英文縮寫語對(duì)照表.....................................................................................30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）1第 1 章 緒論 OFDM 的研究背景在現(xiàn)代通信系統(tǒng)中，如何高速和可靠地傳輸信息成為人們關(guān)注的一個(gè)焦點(diǎn)。第四代移動(dòng)通信以正交頻分復(fù)用(OFDM)作為核心技術(shù)之一。20世紀(jì) 60年代已經(jīng)提出了 OFDM 的基本原理，有關(guān) OFDM 的專利在 1970年 1月首次公開發(fā)表，1971 年 Weinstein 和 Ebert 又提出用離散傅立葉變換來等效多個(gè)調(diào)制解調(diào)器的功能，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，使 OFDM 技術(shù)更趨于實(shí)用化。正交頻分復(fù)用（OFDM ）是一種特殊的多載波傳輸調(diào)制（MCM）技術(shù)，它可以被看做是一種調(diào)制技術(shù)，也可以被當(dāng)做是一種復(fù)用技術(shù)。 OFDM 的研究目的和意義本文的研究目的是從各方面深入研究正交頻分復(fù)用理論，領(lǐng)會(huì) OFDM 基帶處理技術(shù)、FPGA 電路設(shè)計(jì)的關(guān)鍵思想，并給予 FPGA 設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn) OFDM 系統(tǒng)中的關(guān)鍵功能模塊和基帶處理中的調(diào)制解調(diào)器，并給出仿真結(jié)果。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）2第 2 章 OFDM 技術(shù)基礎(chǔ) OFDM 的基本原理 眾所周知無線通信傳輸信號(hào)的路徑有很多，這就是所謂的多徑效應(yīng)，OFDM 的最初提出是為了解決多徑效應(yīng)對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊憽??tgtjwe0 tjwe0??tg?信道圖 2. 1 單載波傳輸示意圖圖中 g(t)是匹配濾波器(對(duì)于給定的碼元波形，使得輸出信噪比最大的線性濾波器)，在傳輸速率并不高的情況下，這種系統(tǒng)因時(shí)延產(chǎn)生的碼間干擾不是特別嚴(yán)重，能通過均衡技術(shù)消除這種干擾。但是對(duì)于寬帶業(yè)務(wù)來說，由于數(shù)據(jù)傳輸速率較高，高數(shù)據(jù)傳輸速率使得碼元周期非常小，如果碼元傳輸出現(xiàn)多徑時(shí)延，可能會(huì)影響到后面好幾個(gè)碼元。從另一個(gè)角度去看，當(dāng)信號(hào)的帶寬接近或者超過信道的相干帶寬時(shí)，信道的時(shí)間彌散就會(huì)導(dǎo)致頻率選擇性衰落，使得同一個(gè)信號(hào)中不同的頻率成分體現(xiàn)出不同的衰落特性，所以多載波傳輸技術(shù)的運(yùn)用就是一種必然趨勢(shì)。由于每個(gè)子信道中的碼元周期會(huì)相對(duì)增加，因此可以減輕由無線信道的多徑時(shí)延擴(kuò)展所產(chǎn)生的時(shí)間彌散性對(duì)系統(tǒng)的影響，并且還可以在 OFDM，碼元之間插入保護(hù)間隔，令保護(hù)間隔大于無線信道的最大時(shí)延擴(kuò)展，這樣就可以最大限度地消除由于多徑帶來的碼間干擾（ISI） ，而且一般采用循環(huán)前綴作為保護(hù)間隔，從而可以避免由多徑帶來的信道間干擾（ICI） [1]。OFDM 是一項(xiàng)多載波傳輸技術(shù)，可以被當(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)。S / P積分判決積分判決積分判決P / S＋信道1jte?0jt1Njt?? ?0jte??1jt1Njte??? ?d1?d??stdd圖 2. 2 OFDM 系統(tǒng)調(diào)制解調(diào)原理框圖在單載波系統(tǒng)中，一次干擾或衰落就可能導(dǎo)致整個(gè)鏈路性能惡化甚至失效，但是在多載波系統(tǒng)中，某一時(shí)刻僅僅會(huì)有少部分子信道受到衰落的影響，從而不會(huì)使得整個(gè)通信鏈路性能失效。如果 ，則信道呈現(xiàn)平坦衰落。如果 ，則信道會(huì)呈現(xiàn)頻率選擇性衰落。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，接受端收到的信號(hào) 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相同載波積分后得到原始符號(hào)。多徑傳輸?shù)姆?hào)干擾時(shí)個(gè)頭疼的問題，OFDM 為解決這樣的問題在符號(hào)間加上保護(hù)間隔內(nèi)，保護(hù)間隔可以不傳輸任何信號(hào)。OFDM 的解決方法是把符號(hào)后面長(zhǎng)度是 Tg（保護(hù)間隔的長(zhǎng)度）的部分拿到每個(gè)符號(hào)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。將原符號(hào)塊最后信號(hào)放到原符號(hào)塊的前部，構(gòu)成新序列，時(shí)域中原來發(fā)送信號(hào)與信道響應(yīng)的線性卷積變?yōu)閳A周卷積。從 10kHz 到 200kHz 的低頻率區(qū)域更容易產(chǎn)生沖突。除了經(jīng)常發(fā)生在 50/60Hz 脈沖噪音中主要的背景噪音外，窄帶沖突和小組時(shí)延能達(dá)到幾百微秒。圖 展示了基于 G3PLC 協(xié)議的 OFDM 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)框圖。正交和 RS 編碼提供了冗余比特，它能使接收端在由背景噪聲和脈沖噪聲而造成的比特丟失的情況下自行糾錯(cuò)。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）5D 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(cè)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(hào)是由復(fù)值信號(hào)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(hào)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。選擇一個(gè)循環(huán)前綴的長(zhǎng)度以便信道時(shí)延不會(huì)引起連續(xù) OFDM 符號(hào)或鄰近的子載波產(chǎn)生沖突。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。頻偏和相位噪聲會(huì)使子載波之間的正交特性惡化從而導(dǎo)致子信道間的信號(hào)相互干擾武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）6(ICI)，這種對(duì)頻率偏差的敏感是 OFDM 系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)之一，特別是在實(shí)際應(yīng)用中與 FDMA、 TDMA 和 CDMA 等多址方式相結(jié)合時(shí)，時(shí)間和頻率同步尤為重要。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(hào)。實(shí)際系統(tǒng)中，由于本地時(shí)鐘源(如晶體振蕩器)不能精確的產(chǎn)生載波頻率，總要附著一些隨機(jī)相位調(diào)制信號(hào)。對(duì)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。如果時(shí)域同步誤差較大，F(xiàn)FT 處理窗已超出了當(dāng)前 OFDM 符號(hào)的數(shù)據(jù)區(qū)域和保護(hù)時(shí)間區(qū)域，包括了相鄰的 OFDM 符號(hào)，則引入碼間干擾，嚴(yán)重惡化了系統(tǒng)性能。 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)。并且即使 FFT處理窗位置略有偏移，也會(huì)導(dǎo)致 OFDM 信號(hào)頻域的偏移，從而造成信噪比損失，BER 性能下降。對(duì)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。這兩種同步方法，各有其優(yōu)缺點(diǎn)?；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(hào)浪費(fèi)資源的缺點(diǎn)，且簡(jiǎn)單、易實(shí)現(xiàn)，但是同步范圍較小。OFDM 系統(tǒng)對(duì)定時(shí)頻偏的要求是小于 OFDM 符號(hào)間隔的 4%，對(duì)頻率偏移的要求大約要小于子載波間隔的 1%~2%，系統(tǒng)產(chǎn)生的3dB 相位噪聲帶寬大約為子載波間隔的 %~%。由于無線信道常常是衰落信道，需要不斷對(duì)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)。 降低峰值平均功率比由于OFDM信道時(shí)域上表現(xiàn)為N個(gè)正交子載波信號(hào)的疊加，當(dāng)這 N個(gè)信號(hào)恰好均以峰值疊加時(shí)，OFDM信號(hào)也將產(chǎn)生最大峰值，該峰值功率是平均功率的N 倍。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。 均衡在一般的衰落環(huán)境下，OFDM 系統(tǒng)