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基于高速传输技术的0FDM系统设计
2007年10月16日 14:49    C114    评论()    阅读:
作 者:单片机及嵌入式系统应用 西安电子科技大学 刘鹏 赵林靖 吕卓

    引言

    软件无线电(SoftwareRadios)是一种新的无线电通信的体系结构。具体来说,软件无线电是以町编程的DSP或CPU为中心,将模块化、标准化的硬件单元用总线方式连接起来,构成通用的硬件平台,并通过软件加载来实现各种无线通信功能的开放式体系结构。

    随着通信的发展.高速传输技术引起广泛的研究和注意。到目前为止,无线传输的速率受限于硬件条件。要实现高速传输,就必须结合各种芯片的特点,使硬件平台具有简单、通用的特点,因此需要开发一个通用平台。

    DSP在控制和信号处理方面有优势,基带信号的调制、解调及FFT/IFFT等运算可以由DSP实现,但是在实时处理方面受到现有DSP处理速度和能力的制约。对于信号突发检测这种运算量大的处理,尤其是在高速传输时,通常要使用FPGA。FPGA特有的流水线设计结构可以使前后级在时间上并发,达到高效、高速。为了减小DSP在信号处理上的压力.同时满足高速要求,采用专用数字变频芯片来实现数字上下变频。

    为了和软件无线电的思想统一,在系统设计时考虑兼容单载波调制解调方式,采用DSP、FPGA、上下变频器的方案,不使用专用调制解调芯片。

    1 OFDM原理和基带信号模型

    正交频分复用OFDM(OrthogonalFrequencyDivi-sionMultiplex)是一种多载波调制方式,通过减小和消除码间串扰的影响来克服信道的频率选择性衰落。它的基本原理是将信号分割为N个子信号,然后用N个子信号分别调制N个相互正交的子载波。由于子载波的频谱相互重叠,因而可以得到较高的频谱效率。近几年OFDM在无线通信领域得到了广泛的应用。

    当调制信号通过无线信道到达接收端时,由于信道多径效应带来的码问串扰的作用,子载波之间不再保持良好的正交状态,因而发送前需要在码元间插入保护间隔。如果保护间隔大于最大时延扩展,则所有时延小于保护间隔的多径信号将不会延伸到下一个码元期间,从而有效地消除了码间串扰。当采用单载波调制时,为减小ISI的影响,需要采用多级均衡器,这会遇到收敛和复杂性高等问题。

    图1是OFDM基带信号处理原理图。其中,图1(a)是发射机工作原理,图l(b)是接收机工作原理。

    在发射端,首先对比特流进行QAM或QPSK调制,然后依次经过串并变换和IFFT变换,再将并行数据转化为串行数据,加上保护间隔(又称“循环前缀”),形成0FDM码元。在组帧时,须加入同步序列和信道估计序列,以便接收端进行突发榆测、同步和信道估计,最后输出正交的基带信号。

    当接收机检测到信号到达时,首先进行同步和信道估计。当完成时问同步、小数倍频偏估计和纠正后,经过FFT变换,进行整数倍频偏估计和纠正,此时得到的数据是QAM或QPSK的已调数据。对该数据进行相应的解调,就可得到比特流。

    这里仅讨论软件功能模块,具体算法不在此涉及。

    2 硬件结构

[1]  [2]  [3]  编 辑:张翀
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