畢業論文-基于fpga的ofdm調制器的仿真設計-資料下載頁

　　

【正文】 K 映射的時候，由于調制方式差異的原因，如果DATA 緊跟著 FCH 輸入完就輸入進行 DBPSK 映射，那么 DBPSK 的輸出會比BPSK 輸出晚兩個時鐘才會開始，所以需要讓 DATA 提前兩個時鐘輸入。BPSK/DBPSK 映射仿真波形如圖 、 所示。圖 BPSK 映射仿真波形圖 DBPSK 映射仿真波形 IFFT 前數據處理IFFT 前數據處理的主要目的是實現輸入 IFFT 的數據流的控制，使輸入數據能夠滿足 IFFT 模塊的處理數據的要求。圖 數據流控制示意圖 IFFT 模塊IFFT 模塊采用了經過優化的 ALTER 公司的 IP 核 FFT 。該 IP 核處理速度快、占用資源少、使用方便，能夠滿足本設計的應用要求。R A M 1R A M 2MUXMUX輸入數據I F F T8 0 0 K8 0 0 K圖 IFFT 模塊仿真波形圖 添加循環前綴和加窗 將 IFFT 運算結果暫存于兩塊 RAM 中，用來交替存儲流入的數據。 循環前綴的方案采用重復讀取 RAM 中的數據的方式，將一部分數據重復復制，從而形成循環前綴。圖 數據流控制示意圖2 2 6 2 5 5 0 2 5 50 1 2 3 4 5 6 78 9 10 11 12 13 14 15248249250251252253254255……保護間隔R A M 中的數據有效數據由于 FPGA 中乘法器需要占用很大的資源，所以在硬件設計中將升余弦函數部分用程序直接實現，其實現方法為將升余弦函數的數值轉化為 8 位二進制，用移位代替乘法器，而其他數值保持不變。圖 添加循環前綴和加窗函數仿真波形 前導生成模塊首先將一個符號的 SYNCP 的數據預先存儲在 256*16bit 的 ROM 中，SYNCM 采用 SYNCP 取反的結果，不會單獨再存放于 ROM 中。前導生成函數結構圖如圖 所示，輸入信號 ena 啟動前導序列生成的信號，輸出信號oData_preamble_valid 為前導序列的有效信號。圖 前導生成函數結構圖函數內部設置計數器變量 t，讀取 個符號。當計數器 t 為 0 時，開始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生兩個時鐘的延時，所以當地址讀取從 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從 ROM 中重復讀取第 2 至第 8 個 SYNCP，此時已讀取了 8個 SYNCP。當計數器計數至 8 時，讀取 SYNCP 的同時取反，形成 SYNCM，當計數器計數至 9 時，讀取 1/2 個 SYNCM 的同時進行尾部 8 點加窗，生成前導。前導仿真波形圖如圖 所示。圖 前導仿真波形圖 成幀模塊由于前導長度 2432 點，需要設置移位寄存器進行 cp 的 2432 個時鐘的輸出延時，將前導的輸出和數據的輸出連續形成一幀。圖 OFDM 仿真波形圖 仿真結果的對比驗證將 Verilog 的仿真結果與 MATLAB 的仿真結果進行比較，圖 展示的是Verilog 仿真值與 MATLAB 計算結果的均方誤差。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計算，轉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生一些累積的誤差。但這個均方誤差值均小于 ，完全能夠滿足系統510?設計要求。0 50 10 150 20 250 3001234x 105 位位位位位位位位位位位位位圖 均方誤差值第 6 章 總結OFDM 是一種能夠對抗由多徑衰落信道造成的符號間干擾的有效技術，它可在頻率選擇性衰落信道中實現高速率的無線通信。第三代移動通信系統的標準己確定，第四代移動通信系統己處于研究和試驗階段。OFDM 技術作為一種高效的調制技術，將成為第四代移動通信系統的關鍵技術之一。作為 OFDM 系統中關鍵技術之一的信道估計，它的性能直接影響到未來移動通信的通信品質。開展這方面的研究具有很強的理論和現實意義。 OFDM 技術的主要優缺點：優點：(1) 適用于多徑環境和衰落信道中的高速數據傳輸它將高速串行數據分割成多個子信號，降低碼元速率，相應延長了碼元周期；當傳輸的符號周期大于最大延遲時間時就能夠有效的減弱多徑擴展的影響。所以OFDM 對信道中因多徑傳輸而出現的 ISI 有很強的魯棒性，系統總的誤碼率性能好。(2) 具有很強的抗信道衰落能力在 OFDM 中由于并行數據碼元周期很長，一般大于深衰落的延續時間，通常衰落發生在某個子載波上，這時通過各個子載波的聯合編碼，便可恢復。如果衰落不是特別嚴重，簡單的均衡器結構是 OFDM 的突出優點之一。由于 OFDM 在每個子信道上通常經歷的是平坦衰落，所以可以方便的對各個子信道進行頻域均衡。通常，一階抽頭濾波器結構的均衡器便可滿足要求。這對接收機的復雜度是個很大的簡化。(3) 頻譜利用率高傳統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據流，各個子信道之間要保留足夠的保護頻帶。而 OFDM 系統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，因此與常規的頻分復用系統相比，OFDM 系統可以最大限度地利用頻譜資源。當子載波個數很大時，系統的頻譜利用率趨于 。2/BaudHz(4) 可以采用 IDFT 和 DFT 方法來實現各個子信道中的正交調制和解調可以采用 IDFT 和 DFT 方法來實現。尤其在子載波數目眾多的情況下，采用 FFT 算法能大大減少系統的復雜度，簡化系統結構，使得 OFDM 技術更趨于實用化。(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無線信號的頻率偏移，例如多普勒頻移，或者由于發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 系統子載波之間的正交性遭到破壞，從而導致子信道間干擾（ICI） ，這種對頻率偏差的敏感性是 OFDM 系統的主要缺點之一。(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，導致較大的峰值平均功率比。這就對發射機內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，使信號的頻譜發生變化，從而導致各個子信道間的正交性遭到破壞，產生干擾，使系統的性能惡化。本文介紹了 OFDM 技術的基礎理論，其重點對 OFDM 調制器及其相關模塊如調制映射、IFFT 、加循環前綴、加窗技術進行了詳細的分析，最后在研究過程中結合理論分析，分別使用 MATLAB 工具和 Verilog HDL 硬件描述語言對OFDM 調制器進行了仿真并對誤碼率進行了對比。第 7 章 展望OFDM 技術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中。OFDM 被廣泛地應用于電力線通信、無線局城網、DAB，DVB 以及 HDTV 等系統中，具有廣闊的應用前景。OFDM 是現在研究的一個熱點，但是由于對 OFDM 技術的研究還處于起步階段，OFDM 技術無論是在理論方面還是在實際應用方面都還存在一些值得研究的問題。今后對于 OFDM 系統的研究方向如下：(1) 對峰值平均功率比進行研究。由于多載波系統會存在導致較大的峰值平均功率比(PARP) ，這就對發射機內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，是信號的頻譜發生變化，使得系統的正交性遭到破壞，產生干擾。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 整個系統進行仿真及 FPGA 的實現。本次設計主要是內容為OFDM 調制器的 FPGA 的實現，在今后的工作中可以進一步去了解 OFDM 解調器、信道估計、編譯碼等技術。(3) 設計基于不同協議的 OFDM 系統。例如，通過設計基于 協議的 OFDM 系統，以更深的理解 OFDM 技術和更好的應用 OFDM。 總之，設計出在實際應用中可大力應用的 OFDM 系統，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參考文獻[1] 佟學儉,羅濤. 移動通信技術原理與應用[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用[M].北京：北京人民郵電出版社,2022.[3] 郭梯云,鄔國揚,李建東.《移動通信》[M]. 西安電子科技大學出版社 ,2022[4] 系統同步技術研究[D] 大連理工大學,[5] [M]. 廣州 廣東通信技術出版社  [6] . The Mobile Conmmunications Handbook[M] London CRC Press,1999,(6):1517[7] 伊長川，羅濤，樂光新 多載波寬帶無線通信技術[M] 北京 北京郵電大學出版社2022,2024[8] 關鍵技術與應用[M]. 機械工業出版社 202211致謝時間飛逝，大學的學習生活很快就要過去，在這四年的學習生活中，收獲了很多，而這些成績的取得是和一直關心幫助我的人分不開的。首先，衷心感謝我的導師肖萍萍。肖老師淵博的知識、嚴謹的治學態度、忘我的工作熱情以及平易近人的作風是我學習的榜樣和動力。在畢設行過程中，肖老師在方案制定及具體實施和調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關愛 感謝他們大學階段給我的支持和鼓勵，沒有他們無私的愛，我不可能一步一步走到今天，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。OFDM 正交頻分復用 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 多業務傳送平臺 Multi Service Transport PlatformPAR 峰值平均功率比 PecktoAverage RatioFPGA 現場可編程門陣列 Field Programmable Gate Arra