【正文】 ..............................................................16 前導模塊.........................................................................................................16 成幀模塊.........................................................................................................17 第 5 章 OFDM 調制器的 VERILOG 仿真..............................................................18 OFDM 調制器的結構設計.............................................................................18 子模塊仿真分析.............................................................................................18..................................................................................18 IFFT 前數據處理 .....................................................................................20 IFFT 模塊 ..................................................................................................20 添加循環(huán)前綴和加窗................................................................................21 前導生成模塊..........................................................................................22 成幀模塊..................................................................................................23 仿真結果的對比驗證.....................................................................................24第 6 章 總結與展望.......................................................................................................25參考文獻.........................................................................................................................28致謝.................................................................................................................................29附錄 主要英文縮寫語對照表.....................................................................................30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注的一個焦點。第四代移動通信以正交頻分復用(OFDM)作為核心技術之一。20 世紀 60 年代已經提出了 OFDM 的基本原理，有關 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調制解調器的功能，簡化了系統(tǒng)結構，使 OFDM 技術更趨于實用化。正交頻分復用（OFDM ）是一種特殊的多載波傳輸調制（MCM）技術，它可以被看做是一種調制技術，也可以被當做是一種復用技術。 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用理論，領會 OFDM 基帶處理技術、FPGA 電路設計的關鍵思想，并給予 FPGA 設計，實現(xiàn) OFDM 系統(tǒng)中的關鍵功能模塊和基帶處理中的調制解調器，并給出仿真結果。第 2 章 OFDM 技術基礎 OFDM 的基本原理 眾所周知無線通信傳輸信號的路徑有很多，這就是所謂的多徑效應，OFDM 的最初提出是為了解決多徑效應對數據傳輸的影響。??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)因時延產生的碼間干擾不是特別嚴重，能通過均衡技術消除這種干擾。但是對于寬帶業(yè)務來說，由于數據傳輸速率較高，高數據傳輸速率使得碼元周期非常小，如果碼元傳輸出現(xiàn)多徑時延，可能會影響到后面好幾個碼元。從另一個角度去看，當信號的帶寬接近或者超過信道的相干帶寬時，信道的時間彌散就會導致頻率選擇性衰落，使得同一個信號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的運用就是一種必然趨勢。由于每個子信道中的碼元周期會相對增加，因此可以減輕由無線信道的多徑時延擴展所產生的時間彌散性對系統(tǒng)的影響，并且還可以在 OFDM，碼元之間插入保護間隔，令保護間隔大于無線信道的最大時延擴展，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 是一項多載波傳輸技術，可以被當作是一種調制技術，也可以被看作是一種復用技術。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)調制解調原理框圖在單載波系統(tǒng)中，一次干擾或衰落就可能導致整個鏈路性能惡化甚至失效，但是在多載波系統(tǒng)中，某一時刻僅僅會有少部分子信道受到衰落的影響，從而不會使得整個通信鏈路性能失效。如果 ，則信道呈現(xiàn)平坦衰落。如果 ，則信道會呈現(xiàn)頻率選擇性衰落。正交頻分復用的技術關鍵就是實現(xiàn)并保護好子載波間的正交性，接受端收到的信號 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。多徑傳輸的符號干擾時個頭疼的問題，OFDM 為解決這樣的問題在符號間加上保護間隔內，保護間隔可以不傳輸任何信號。OFDM 的解決方法是把符號后面長度是 Tg（保護間隔的長度）的部分拿到每個符號的前面當做保護間隔來傳輸，這種方法就叫做循環(huán)前綴。將原符號塊最后信號放到原符號塊的前部，構成新序列，時域中原來發(fā)送信號與信道響應的線性卷積變?yōu)閳A周卷積。從 10kHz 到 200kHz 的低頻率區(qū)域更容易產生沖突。除了經常發(fā)生在 50/60Hz 脈沖噪音中主要的背景噪音外，窄帶沖突和小組時延能達到幾百微秒。圖 展示了基于 G3PLC 協(xié)議的 OFDM 系統(tǒng)實現(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。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信道估計解交織D B P S K /D Q P S K解調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 碼 解 碼 器O F D M 解 調 器前 向 糾 錯 碼 編 碼 器圖 基于 G3PLC 協(xié)議的 OFDM 系統(tǒng)實現(xiàn)框圖OFDM 信號是由復值信號點進行快速離散傅立葉變換（IFFT）操作產生的，這些信號點是由不同的相位調制編碼產生，且它們被分配到不同的子載波。選擇一個循環(huán)前綴的長度以便信道時延不會引起連續(xù) OFDM 符號或鄰近的子載波產生沖突。而且，系統(tǒng)會區(qū)分受損的子載波的信噪比以及選擇在哪個信道上傳輸。頻偏和相位噪聲會使子載波之間的正交特性惡化從而導致子信道間的信號相互干擾(ICI)，這種對頻率偏差的敏感是 OFDM 系統(tǒng)的主要缺點之一，特別是在實際應用中與 FDMA、 TDMA 和 CDMA 等多址方式相結合時，時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。實際系統(tǒng)中，由于本地時鐘源(如晶體振蕩器)不能精確的產生載波頻率，總要附著一些隨機相位調制信號。對于單載波系統(tǒng)，相位噪聲和頻率偏移只是導致信噪比損失，而不會引入干擾。如果時域同步誤差較大，F(xiàn)FT 處理窗已超出了當前 OFDM 符號的數據區(qū)域和保護時間區(qū)域，包括了相鄰的 OFDM 符號，則引入碼間干擾，嚴重惡化了系統(tǒng)性能。 與頻率誤差不同，時間同步誤差不會引起子載波間干擾(ICI)。并且即使 FFT處理窗位置略有偏移，也會導致 OFDM 信號頻域的偏移，從而造成信噪比損失，BER 性能下降。對十突發(fā)式的數據傳輸，一般是通過發(fā)送輔助信息來實現(xiàn)同步。這兩種同步方法，各有其優(yōu)缺點?；谘h(huán)前綴的同步法可以應用最大似然估計算法，克服了插入導頻符號浪費資源的缺點，且簡單、易實現(xiàn)，但是同步范圍較小。OFDM 系統(tǒng)對定時頻偏的要求是小于 OFDM 符號間隔的 4%，對頻率偏移的要求大約要小于子載波間隔的 1%~2%，系統(tǒng)產生的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，需要不斷對信道進行跟蹤，因此導頻信息也必須不斷地傳送；二是復雜度較低和導頻跟蹤能力良好的信道估計器的設計。 降低峰值平均功率比由于OFDM信道時域上表現(xiàn)為