[發(fā)明專利]基帶OFDM通信系統(tǒng)教學平臺

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910022168.1
• 申請日: 2009-04-24
• 公開（公告）號: CN101873287A
• 公開（公告）日: 2010-10-27
• 發(fā)明（設計）人: 鄧煒
• 申請（專利權(quán)）人: 鄧煒
• 主分類號: H04L27/26
• 分類號: H04L27/26;H04L12/26;H04W24/00;H04B17/00;G09B19/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明是一種用于教學的基帶OFDM通信系統(tǒng)平臺，在一塊平臺上完成發(fā)送接收全過程。屬于多載波通信系統(tǒng)中的正交頻分復用技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

正交頻分復用(Orthogonal?Frequency?Division?Multiplexing，OFDM)是一種多載波通信技術(shù)，它將發(fā)送數(shù)據(jù)調(diào)制到多個并行子載波上，將一路高速串行數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)化為多路低速并行數(shù)據(jù)流，顯著降低了碼間干擾的影響，在接收端不必進行復雜的均衡就可達到理想的效果。加上OFDM系統(tǒng)所獨有的子信道之間正交和頻譜重疊的特征，可以根據(jù)各子信道不同的傳輸條件靈活分配系統(tǒng)資源并達到極高的頻譜利用率。因此，使用OFDM技術(shù)解決機載航拍系統(tǒng)中的高速多媒體數(shù)據(jù)通信問題是一種優(yōu)選方案。目前，OFDM技術(shù)已廣泛應用于數(shù)字音視頻廣播、ADSL和無線局域網(wǎng)等領(lǐng)域，OFDM與其他技術(shù)相結(jié)合還可解決水下高速通信和寬帶移動接入的難題。因此，該技術(shù)已經(jīng)受到學術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界日益密切的關(guān)注，被普遍認為是未來通信系統(tǒng)的核心技術(shù)之一。

發(fā)明內(nèi)容

建立完整的基帶OFDM系統(tǒng)教學平臺，實現(xiàn)各種信號處理算法，并對多種信道環(huán)境進行模擬，利用該平臺可以對OFDM系統(tǒng)在各種通信環(huán)境下的性能進行測試、分析和評估，從而為理論研究和實際應用提供有益的參考。

在發(fā)射端，信源生成的序列首先經(jīng)過卷積編碼和交織以提供差錯控制機制，隨后的符號映射模塊在自適應比特分配算法的控制下將二進制比特映射成星座圖上的符號，串并轉(zhuǎn)換和IFFT模塊將串行的符號序列調(diào)制到并行的多個子載波上，完成多載波調(diào)制的功能。IFFT處理之后進行并串轉(zhuǎn)換，得到的序列通過峰均功率比抑制算法以限制可能出現(xiàn)的大的峰值功率。添加循環(huán)前綴(CP)的操作用來消除多徑帶來的符號間干擾(ISI)和信道間干擾(ICI)。最后對符號組幀發(fā)送。組幀的過程主要包括添加幀頭、導頻序列和幀尾，這些操作用于保證接收端進行準確的時間同步和信道估計，并對發(fā)送數(shù)據(jù)提供保護。通過軟件編程模擬多徑衰落、信道時變和加性噪聲等于擾因素，將畸變后的信號送入接收端處理。接收端首先進行解幀、解時隙及去除循環(huán)前綴的操作以消除冗余，串并轉(zhuǎn)換和FFT將時域信號變換至頻域，完成多載波解調(diào)的功能，F(xiàn)FT的輸出送入信道估計模塊并完成子載波均衡和比特分配，比特分配的結(jié)果反饋給發(fā)射端供符號映射模塊決定各子信道的調(diào)制階數(shù)。符號解映射模塊將符號還原為二進制序列，最后，并串轉(zhuǎn)換、解交織和信道解碼去除差錯控制的冗余信息，還原二進制序列，傳給信宿。

附圖說明

圖1為基帶OFDM系統(tǒng)框圖

圖2為系統(tǒng)實現(xiàn)框圖

具體實施方式

設計的系統(tǒng)信道編碼部分采用(2，1，7)歸零卷積碼，約束長度為7，碼率為50％。生成式為：g1＝[1011011]，g2＝[1111001]。

卷積碼編碼的實現(xiàn)過程如下：

step1：生成三個數(shù)組input[]，shift_reg[]，output[]，分別用于存儲輸入序列、寄存器單元和輸出序列。shift_reg[]初始化為零。

step2：對input[]中的每個輸入比特，依據(jù)生成式和shift_reg[]中的值計算出兩個編碼后的比特，存入output[]，并更新shift_reg[]的內(nèi)容。持續(xù)這一過程，直至input[]中的每個比特都完成了編碼。

step3：在信源序列的末尾補充K-1個零值(K為約束長度)，對這些零值進行編碼。這一步的作用是使編碼結(jié)束后編碼器的狀態(tài)歸零，否則譯碼算法無法正確解碼。

卷積碼的解碼方法很多，其中Viterbi算法從序列整體似然度最大這個意義上說是卷積碼的最佳譯碼算法，它具有固定的譯碼延時，并且適合硬件實現(xiàn)，因此本設計給出的信道譯碼模塊使用Viterbi算法。Viterbi譯碼器本質(zhì)上說是一個最大似然序列估計器，它的基本思想是：搜遍網(wǎng)格圖找出最可能的序列。

雖然Viterbi算法具有很多優(yōu)點，但當編碼序列較長時，譯碼延時對大多數(shù)應用場合來說無法忍受，同時存儲全部留存路徑需要使用大量的存儲單元，這也是不可取的。因此在實現(xiàn)中采用改進的Viterbi算法，具體方法是：在任意的給定時間t內(nèi)只保留每個留存路徑里最新的δ個譯碼信息符號。每當收到一個新的信息符號時，譯碼器對各留存路徑的分支度量進行比較，找出具有最小分支度量的留存路徑，再在網(wǎng)格圖上沿時間回溯δ個分支，將該留存路徑上最早的信息符號判決輸出。仿真實驗表明，當δ＞5K時，與最佳Viterbi算法相比，性能雖有下降，但使用存儲單元數(shù)和譯碼延時卻大為減小。