[發(fā)明專利]一種基于FPGA的咬首差分OFDM通信系統(tǒng)及方法

在審

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• 申請日: 2022-01-28
• 公開（公告）號: CN114500212A
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉毅;錢瑞;張席暢;高思佳;王涵;楊普;牛瓏昌
• 申請（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號: H04L27/26
• 分類號: H04L27/26
• 代理公司: 西安長和專利代理有限公司 61227
• 代理人: 黃偉洪

本發(fā)明屬于無線移動通信技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種基于FPGA的咬首差分OFDM通信系統(tǒng)及方法，該通信系統(tǒng)采用時頻符號混合差分OFDM技術(shù)設(shè)計(jì)，使用FPGA搭建；系統(tǒng)包括：發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)流；信道編碼；串并轉(zhuǎn)化；時頻符號混合雙比特差分調(diào)制；星座映射；OFDM調(diào)制；RF發(fā)送模塊進(jìn)行發(fā)送。接收端RF接收模塊接收信息；OFDM解調(diào)；時頻符號混合非相干雙比特差分解碼；并串轉(zhuǎn)化；信道解碼；恢復(fù)數(shù)據(jù)。本發(fā)明采用時頻符號混合雙比特差分編解碼，只需一個參考符號，系統(tǒng)具有最大的信息傳輸效率；接收端不需要進(jìn)行信道估計(jì)，避免接收機(jī)相位反轉(zhuǎn)導(dǎo)致的解碼失敗；FPGA的并行性和OFDM的高頻譜利用率使得在高雜度通信、高動態(tài)場景下充分利用現(xiàn)有的頻譜資源，抗衰落、誤碼率低、穩(wěn)定性好。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無線移動通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于FPGA的咬首差分 OFDM通信系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

目前，在無線移動通信技術(shù)領(lǐng)域，無線頻譜資源日益緊張，對數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的高速要求。OFDM(Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing)系統(tǒng)作為一種多載波通信技術(shù)系統(tǒng)中，將信道分成若干個正交子信道，將高速串行數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換成并行的低速子數(shù)據(jù)流信號，調(diào)制到每個正交子信道上進(jìn)行傳輸，正交信號數(shù)據(jù)在接收端采用解調(diào)的相關(guān)技術(shù)分開來減少信道之間的互相干擾，因此每個子信道上的衰落效應(yīng)可以看成是平坦衰落。

然而，隨著現(xiàn)代信息化程度的不斷提高，通信環(huán)境變得錯綜復(fù)雜，信號傳輸過程中的氣象條件、地形、電路長度、建筑物等會導(dǎo)致接收信號的電平均值變化進(jìn)而導(dǎo)致接收信號的功率損耗，收發(fā)端之間的高速相對移動會導(dǎo)致接收信號的幅度和相位產(chǎn)生隨機(jī)的起伏變化。因此，在現(xiàn)代的通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，需要考慮衰落效應(yīng)對信號的嚴(yán)重影響，當(dāng)無線電信號在大尺度和中尺度距離的信道中傳輸時，無線通信信道是一種高動態(tài)時變信道，信道具有恒定增益且線性相位的帶寬范圍小于發(fā)送信號帶寬，數(shù)據(jù)在傳輸過程中容易發(fā)送數(shù)據(jù)頻移，因此現(xiàn)有技術(shù)需要一種可以抵抗衰落效應(yīng)，提高數(shù)據(jù)傳輸符號正確率的方法；OFDM 系統(tǒng)一般依靠快速傅里葉逆變換IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)和快速傅里葉變換FFT(Fast Fourier Transformation)作為核心技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，IFFT和FFT 需要進(jìn)行大量的算數(shù)運(yùn)算，同時，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中需要考慮收發(fā)端對數(shù)據(jù)的采樣、信號處理過程中需要整形濾波等問題，F(xiàn)PGA(Field Programmable Gate Array) 具有并行的優(yōu)勢，適合用于做高速信號處理、可以解決采樣、整形濾波、IFFT、FFT等復(fù)雜的數(shù)據(jù)運(yùn)算帶來的大量資源消耗問題，F(xiàn)PGA的低功耗、穩(wěn)定、高集成度對于OFDM系統(tǒng)的應(yīng)用前景和改進(jìn)有一定參考意義，有較高的實(shí)用價(jià)值。

中國專利CN 112398771 A公開了調(diào)頻調(diào)制恒包絡(luò)OFDM通信系統(tǒng)的信號傳輸方法、系統(tǒng)及設(shè)備，該發(fā)明中采用了正交相移鍵控QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)調(diào)制方式，但其缺點(diǎn)在于沒辦法克服信道衰落、仍需要做復(fù)雜的信道估計(jì)。四相相對相移鍵控技術(shù)DQPSK(Differential Quadrature Reference Phase Shift Keying)把要傳的信號先進(jìn)行差分編碼再進(jìn)行QPSK調(diào)制方式， DQPSK技術(shù)成熟、實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度適中，功率以及頻帶利用率高，因?yàn)閭鬟f的信息為相鄰碼元的相位信息，因此系統(tǒng)可以抗信道衰落。采用此技術(shù)的通信系統(tǒng)接收端可以做非相干解調(diào)，不需要進(jìn)行信道估計(jì)，具有較好的抗干擾能力，對復(fù)雜多變的通信環(huán)境不敏感，能夠提高系統(tǒng)的抗干擾能力。但是，使用DQPSK技術(shù)需要在系統(tǒng)中設(shè)置很多參考符號，會導(dǎo)致系統(tǒng)傳輸信息的效率下降。本發(fā)明采用時頻符號混合差分調(diào)制方法，符號的首個載波通過與上一個符號的首個載波咬首的形式進(jìn)行差分編碼，只需要設(shè)置一個參考符號，可使系統(tǒng)在抗衰落的情況下，信息傳輸效率最高。

通過上述分析，現(xiàn)有技術(shù)存在的問題及缺陷為：通信環(huán)境變得日益復(fù)雜，信號傳輸過程中的氣象條件、地形、電路長度、建筑物等會導(dǎo)致接收信號的電平均值變化進(jìn)而導(dǎo)致接收信號的功率損耗，收發(fā)端之間的高速相對移動會導(dǎo)致接收信號的幅度和相位產(chǎn)生隨機(jī)的起伏變化，同時需要考慮系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的處理效率及開銷情況。