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OFDM系统同步及解调的FPGA实现

作　者: 崔献文
导　师: 胡剑浩
学　校: 电子科技大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 空地数据无线通信系统 同步 OFDM解调 QAM解调 FPGA
分类号: TN919.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 336次
引　用: 1次
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内容摘要


自20世纪80年代以来,正交频分复用技术不但在广播式数字音频和视频领域得到广泛的应用,而且已经成为无线局域网标准(例如IEEE 802.11a和HiperLAN/2等)的一部分。OFDM由于其频谱利用率高,成本低等原因越来越受到人们的关注。随着人们对通信数据化、宽带化、个人化和移动化需求的增强,OFDM技术在综合无线接入领域将会获得越来越广泛的应用。人们开始集中越来越多的精力开发OFDM技术在移动通信领域的应用,本文也是基于无线通信平台上的OFDM技术的运用。本文的所有内容都是建立在空地数据无线通信系统下行链路FPGA实现基础上的。本文作者的主要工作集中在链路接收端的FPGA实现和调试上。主要包括帧同步(时间同步)算法的研究与设计、OFDM频率同步算法的研究与设计以及同步模块、OFDM解调模块、QAM解调模块的FPGA实现。最终实现高速数字图像传输系统下行链路在无线环境中连通。对于无线移动通信系统而言,多普勒频移、收发设备的本地载频偏差均可能破坏OFDM系统子载波之间的正交性,从而导致ICI,影响系统性能。另外,由于OFDM系统大多采用IFFT/FFT实现调制解调,因此在接收方确定FFT的起点对数据的正确解调也至关重要。同步技术即是针对系统中存在的定时偏差、频率偏差进行定时、频偏的估计与补偿,来减少各种同步偏差对系统性能的影响。在OFDM实现的关键技术中,同步技术是十分重要的一部分。本文花费了三个章节阐述了同步技术的原理、算法和实现方法。目前OFDM系统的载波同步方案,可以归纳为三大类:辅助数据类,盲估计类和基于循环前缀的半盲估计类。本文首先分析了各种载波同步方案的优缺点,并举例说明了各个载波同步方式的实现方法。然后具体阐述了本文在FPGA平台上实现的OFDM接收端同步的同步方式,包括其具体算法和FPGA实现结构。本文所采用的帧同步和频率同步方案都是采用辅助数据类的,在阐述其具体算法的同时对算法在不同参数和不同形式下的性能做出了仿真对比分析。OFDM的解调采用FFT算法,在FPGA上的实现是十分方便的。本文主要阐述其实现结构,重点放在提取有效数据部分有效数据位置的推导过程。最后介绍了本文实现QAM软解调的解调方法。本文阐述算法采用先提出原理,然后给出具体公式,再根据公式中的系数和变量分析算法性能的方式。在阐述实现方式时首先给出实现框图,然后对框图中比较重要或者复杂的部分进行详细阐述。在介绍完每个模块实现方式之后给出了仿真或者上板结果,最后再给出整体测试结果。

全文目录


摘要  4-6
Abstract  6-15
第一章 绪论  15-20
  1.1 研究背景  15-16
  1.2 OFDM 技术的发展  16
  1.3 OFDM 技术的应用  16-17
  1.4 论文的主要内容及课题来源  17-20
第二章 OFDM 技术原理  20-28
  2.1 OFDM 的调制解调技术原理  20-21
  2.2 保护时间与循环前缀  21-22
  2.3 OFDM 的关键技术  22-24
  2.4 OFDM 技术的优缺点  24-26
  2.5 空地OFDM 高速数据传输系统方案设计  26-28
第三章 OFDM 的同步技术  28-34
  3.1 OFDM 同步的重要性及影响因素  28-30
  3.2 OFDM 同步技术的分类及各自的优缺点  30-31
  3.3 举例说明OFDM 的各种同步技术  31-34
    3.3.1 基于训练序列的数据辅助型同步  31
    3.3.2 基于循环前缀的半盲同步  31-32
    3.3.3 盲同步算法  32
    3.3.4 训练序列加循环前缀的同步算法  32-34
第四章 本文所采用的OFDM 同步技术  34-45
  4.1 帧同步技术  34-38
    4.1.1 帧同步技术原理  34
    4.1.2 相关值影响因素  34-37
    4.1.3 量化  37
    4.1.4 门限设定  37-38
  4.2 频率同步技术  38-45
    4.2.1 频率同步技术原理  38-39
    4.2.2 频率同步算法性能分析  39-45
第五章 OFDM 同步技术的FPGA 实现  45-54
  5.1 帧同步算法的FPGA 实现  45-47
    5.1.1 整体实现结构框图  45
    5.1.2 滑动相关器的设计  45-46
    5.1.3 相关值的模计算  46-47
    5.1.4 门限判决  47
  5.2 频率同步算法的FPGA 实现  47-51
    5.2.1 整体实现结构框图  47-48
    5.2.2 鉴频器设计  48
    5.2.3 CORDIC 算法求相位  48-51
    5.2.4 NOC 模块的实现  51
  5.3 仿真和上板验证结果  51-54
第六章 OFDM 解调和QAM 解调  54-65
  6.1 OFDM 解调  54-60
    6.1.1 FFT 运算  54-55
    6.1.2 提取有效数据  55-59
    6.1.3 数据速率的调整  59
    6.1.4 仿真和上板测试结果  59-60
  6.2 QAM 解调  60-63
    6.2.1 旋转补偿  60-61
    6.2.2 QAM 软解调  61-62
    6.2.3 仿真测试结果  62-63
  6.3 OFDM 系统全链路测试结果  63-65
第七章 在代码设计和调试过程中需要注意的问题  65-68
  7.1 代码设计中需要注意的问题  65-66
    7.1.1 双时钟模块的设计  65
    7.1.2 定点运算和截位  65-66
    7.1.3 有符号和无符号数的运算  66
  7.2 综合过程中需要注意的问题  66-67
    7.2.1 路径延时  66
    7.2.2 时间约束文件  66-67
    7.2.3 全局时钟模块  67
  7.3 软硬件联合调试过程中遇到的问题及解决方法  67-68
第八章 论文工作总结  68-70
  8.1 总结  68-69
  8.2 展望  69-70
致谢  70-71
参考文献  71-73
硕士研究生期间的研究成果  73-74
个人简历  74-75

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 通信 > 数据通信 > 数据传输技术
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