ofdm信道均衡技术的仿真与实现

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1、南开大学 硕士学位论文 OFDM信道均衡技术的仿真与实现 姓名：顾然 申请学位级别：硕士 专业：通信与信息系统 指导教师：杨文霞 20030501 接要 众所闵知，正交频分复用技术( O F D M ) 是一种广泛应用于数字音频广播 矜A 8 ) ，数字疆频广播( D V 8 ) ； 西高渍灏凄龟鬣( H D T V ) 等熹速率设备懿有 效技术。在用于无线通信的O F D M 系统中，一般我们采用插入比信道延时长的 多豹保护辩隔( 或者称 乍循环前缀) 静方法来消除带闯干撬( t C l ) 戳及礴问串 扰( I S I ) 。但是，这种方法的缺点是降低了信道利用率，在信道均衡的时候，也 降

2、低了信邋统计特性的利用率。 本论文不仅论述了一般故O F D M 信道均衡器缝褥，嗣时又采用了一耱新的 称作“基于循环重构抵消、时频二维联合遮代结构”的方法来实现信道均衡。通 过j 篼秘方法，可以减夺甚至去掉锤环藏缀。彷卖缝莱表明，途秘方法是霹毒亍置有 效的。论文最后给出了接收机的仿真结果。 O F D M 豹调翻程簿调，是通邋D F T 戮及I D F T 完戒酌( 在实际应爰中是采 用其快速算法F F T 和I F F T ) 。对于F F T 的实现，本文也做了一定的研究，其目 的怒采用V e r i t o gH D L 硬件描述语言，通邋F P G A 实现1 0 2 4 点的F F

3、 T ，程论文 的疑后一章给出了F F T 的仿真结巢。 关键词：O F D MF F Te P 售遂筠餐L M S A b s t r a c t O r t h o g o n a lF r e q u e n c yD i v i s i o nM u l t i p l e x i n g ( O F D M ) i sg e n e r a l l yk n o w n a sa ne f f e c t i v et e c h n i q u ef a rh i g hb i tr a t ea p p l i c a t i o n ss u c ha sd i g i t a

4、 la u d i o b r o a d c a s t i n g ( D A B ) d i g i t a lv i d e ob r o a d c a s t i n g ( D V B ) a n dd i g i t a lh i g h d e f i n i t i o nt e l e v i s i o n ( H D T V ) b r o a d c a s t i n gI na nO F D M s y s t e mf o rw i r e l e s s c o m m u n i c a t i o n s ，ag u a mi n t e r v a l

5、 ( i na n o t h e rw o r d s ，C y c l i cP r e f i x ) w h i c hi s l o n g e rt h a nc h a n n e ld e l a yh a s t ou s et oa v o i di n t e r - c h a n n e li n t e r f e r e n c e ( t C i ) a n di n t e r - s y m b o li n t e r f e r e n c e ( I S I ) H o w e v e r , t h i sI C I a n dI S I f r e

6、 eO F D M s y s t e mr e d u c e st h ee f f i c i e n c yo fb a n d w i d t hu s a g ea n dp r e v e n t st h eu s eo f s u f f i c i e n ts t a t i s t i c si nc h a n n e le q u a l i z a t i o n I nt h i sp a p e r w en o to n l yd i s c o u r s et h ec o m m o ns t r u c t u r eo ft h ec h a n

7、n e l e q u a l i z a t i o ni nO F D M b u ta l s ou s ean e wm e t h o dt oi m p l e m e n tt h ec h a n n e f e q u a l i z a t i o n ，w h i c hc a nd i m i n i s ht h el e n g t ho fC y c l i cP r e f i x e v e nw e c a ng e t r i do fi t T h ee m u l a t i o ns h o w st h a tj ti Sa c h i e v a

8、 b l ea n du s e f u A tt h ee n do ft h i s p a p e qw ep r e s e n t t h er e s u l to ft h i sO F D Mr e c e i v e r T h em o d u l a t i o na n dd e m o d u l a t i o no fO F D Ma r e i m p l e m e n t e db yt h e D i s c r e t eF o u r i e rT r a n s f o r m ( D F T ) a n dt h eI n v e r s eD i

9、 s c r e t eF o u r i e rT r a n s f o r m ( ID F T ) o rF a s tF o u r i e rT r a n s f o r m ( F F T ) a n dt h eI n v e r s eF a s tF o u r i e r T r a n s f o r m ( I F F T ) W eh a v e g o t f e ns o m e r e s e a r c ha b o u tt h er e a l i z a t i o no fF F T i nt h i sp a p e qa n du s et h

10、 el a n g u a g eo f V e r i l o gH D L t od e s c r i b et h eb e h a v i o ro f 1 0 2 4p o i n tF F Ta n dd o w n l o a di tt ot h eF P G A W ea l s op r e s e n tt h eF F Tr e s u E a tt h eo ft h i sp a p e r K e y w o r d ： O F D MF F TC Pc h a n n e le q u a l i z a t i o nL M S 1 1O F D M 提出及

11、发展 第一章绪论 在现代邋信系统中，如鳃高速和霹靠地传输信息是一个极为夔要的内蜜。垦 前，数据传输的理论和实践已经取得了相当大的进展，但这些进展并不适应于更 广泛的信道以获取更高的传输性能。而且随着通信的发展，特别怒无线通信业务 豹增长，可利用的频带层趋紧张。除了开发薪豹频谱资源辩，采耀新的高效抗干 扰调制技术，提高频带的剥用率一直为人们赝关心，O F D M 技术的出现则为这 些问题的解决开辟了一条新的路径。 0 F D M 的英文全称为0 r t h o g o n a lF r e q u e n c y D i v i s i o nM u l t i p l e x i n g ，中

12、文含 义为“正交频分复用”技术，是一种薪型商蒙的多载波调锚技术，它能够有效遣 对抗多径传输，使得受到于扰的信号能够可靠地接收。这秘技术是H P A 联盟 ( H o m e P l u g P o w e r l i n eA I l i a n c e 、工业规范的基础。近年来，随着D S P 芯片技 术的发展，傅立叶变换反交换、高速M o d e m 采用的6 4 1 2 8 2 5 6 Q A M 技术、 撩格缡玛技术、较判凌技术、信遂鲁适应技术、播入保护时段、减少均衡计算量 等成熟技术的逐步 l 入，O F D M 乍为一秘可以有效黠捷信号波形闯于找豹裹速 传输技术，引起了广泛关注。人

13、们开始集中越来越多的精力开发0 F D M 技术在 移动通信领域的应用，预计第三代以后的移动通信的主流技术将是O F D M 技术。 其实，o F 0 醚并不是鲡今发震起来的耨技术。O F D M 技术韵应用已有远4 0 年的历史，主要用于军用的无线赢频通信系绞。O F D M 从6 0 年代开始发震，应 用于一些军用高频通信系统。最初没有用于高速调制解调器，主要是由于系统存 奁大量的子信道，所需的正弦波发生器组和自相关解调器组设备交得极为复杂和 昂贵。丽蠢接收器对解调载渡和取样时间的确定必须足够精确，良避免子信道闯 的干扰。有幸的是1 9 7 1 每，W e i n s t e i n 积E

14、 b e r t 把离散傅立时变换D F T 弓l 入劳 行数据传输系统作为调制解调过程的一部分。可以采用F F T 的专用硬件实现数 字式的O F D M 系统。由于现代数字信号处理技术( D S P ) 和超大规模集成电路 ( V L S I ) 靛逐速发震，最袒实现O F D M 技术静障碍躲宠大静复数运算稻离邃存 储器等已不复存在，同时，快速傅立叶算法也避免了并行数据传输所需的正弦波 发生器组和相关解调器组，使得该技术的实现更趋实际。此外，O F D M 调制系 统的最佳性能已经从理论上得到证明，因此，这项技术在近年来得到广泛普及。 ，k + 年代，入翻研究懿俺将O F D M 技术癍

15、用于高速M O D E M 、数字移动通 信和离密度磁记录等方亟。进入九十年l 弋以来，O F D M 技术的礤究深入到无线 调频信道上的宽带数据传输。随着I E E E 8 0 2 1 1 a 协议、E T S IB R A N ( B r o a d b a n d R a d i oA c c e s sN e t w o r k ) 和多媒体应用的弓f 入，无线通信领域已经为0 F D M 技 术的应用做好了准备。世界各国许多大公司、研究团体已经充分认识到O F D M 技术的应用前景。1 9 9 9 年，程W i L A N 、P h i l i p 等公司的邀请下，来窦世界六十 多

16、家公司的一百多名代表经过讨论成立了一个世界性的组织- - O F D M 论坛，专 门讨论O F D M 在技术上、市场推广上的各方丽问题，从而迸一步推动了O F D M 技术的商耀亿。目前O F D M 技术已经被广泛应用于广播式翡音频和视频镢域和 民用通信系统中，主要的应用包括：非对熬的数字爆户环路( A D S L ； A s y m m e t r i c a lD i g i t a lS u b s c r i b e rL o o p ) 、E T S I 标准的数字音频广播( D A B ： D i g i t a t A u d i oB r o a d c a s t ) 、数字视频广播( D V 8 ：D i g i t a l V i d e oB r o a d c a s t ) 、商 渍激度电视( H D T V ：H i g h D e f i n i t i o nT V ) 、无线餍城网( W L A N ) 等。 现在，O F D M 不但已成功地用于数字音频她