1、OFDM调制器及其MATLAB实现专业：移动通信姓名：高天祺指导教师：肖萍萍一、课题背景电力线通信(Power Line Communication,PLC)指以电 力线为传输媒介进行数据传送和信息交换。由于电力线通信不需要重新布线，成本低廉等特点，在智能家庭网络和宽带接入等领域受到了极大的关注。电力线信道固有的噪声干扰、频率选择性衰减和多径传播特性大大影响了通信性能。正交频分复用(OFDM)具有频带利用率高、传输速度快、抗干扰能力强等优点，是目前具有频率选择性衰减特性通信环境中实现高速信号传输的主流技术。因此，对OFDM及其在电力线通信中的应用是一个很有价值的研究课题。论文主要内容安排如下：
2、(1)OFDM研究背景、目的及意义；(2)OFDM基本原理及关键技术；(3)OFDM调制解调原理；(4)OFDM调制器的MATLAB实现；(5)总结图2.1 OFDM信号频谱示意图二、OFDM技术基础OFDM的思想是通过串并转换将高速串行数据分散到N个正交的子载波上进行传输，则各个子载波的符号速率减为串行数据符号速率的1/N，这样就把一个带宽频率选择信道划分成了N个窄带平坦衰落信道。OFDM系统调制解调原理框图基于G3-PLC协议的OFDM系统实现框图OFDM系统的关键技术同步技术信道估计降低评价功率比均衡编码信道和交织OFDM调制器技术OFDM 技术对信号进行 I/Q 调制,在 IQ 两路调
3、制时没有幅度上的失真,所以极大的克服了模拟 I/Q调制的幅度和相位不平衡性,克服了模拟混频电路非线性的影响。由于 FPGA的可编程性,使用 FPGA 实现调制/解调可以提高系统的可编程性。在 FPGA 中在使用平方根升余弦滤波器对基带信号滤波,以消除符号间干扰,滤波后的IQ两路信号通过乘法器与 NCO 中的正弦和余弦中频载波相乘完成 IQ 调制,最后两路信号相加通过 DA 转换送入信道。接收时将信道来的通过 AD转换后的信号通过与 NCO 的两路正交载频相乘分解出 IQ 两路信号送至 FPGA 进行 OFDM 调制在并串转换数据输出。一个OFDM符号之内包含多个经过相移键控（PSK）或者正交幅
4、度调制（QAM）的子载波。如果用N表示子载波的个数，T表示OFDM符号的持续时间（周期），di(i=0,1,2,N-1)表示分配给每个子信道的数据符号，i表示第i个子载波的载波频率，矩形函数rect(t)=1,|t|T/2,则t=ty从开始的OFDM符号可以表示如下。一旦将要传输的比特分配到各个子载波上，某一种调制模式则将它们映射为子载波的幅度和相位，通常采用等效基带信道来表示OFDM的输出信号。其中s(t)的实部和虚部分别对应OFDM符号的同相(In-phase)和正交(Quadrature-phase)分量，在实部系统可以分别与相应子载波的余弦分量和正弦分量相乘，构成最终的子信道信号和合成
5、的OFDM符号。下图展示了OFMD系统调制解调模型框图，其中=c+i/T。在接收端，将接收的同相和正交矢量映射回数据，完成子载波调制。对于均匀子载波间隔采用 IFFT 和 FFT 的 OFDM 系统结构三、OFDM调制器的MATLAB仿真图3.2 OFDM调制器系统模型图3.1 G3-PLC协议的数据帧结构3.1 IFFT模块在进行IFFT运算时，IFFT的输入为36个子载波，其中第一个子载波放置到第23号位置，最后一个子载波放置到第58号位置，其余位置补零。其中IFFT运算结果有用的数据只为实部。图3.3 IFFT模块结构图3.2 添加循环前缀由于信道具有记忆性，导致结果输出不仅与当前输入块
6、有关，还与上一个输入块有关，这样就引起了块间干扰(ISI)。由于多径传播的影响，会造成子载波间的干扰(ICI)，即子载波的正交性遭到破坏。图3.4 添加循环前缀3.3 加窗模块采用特定的窗函数，每个符号边界的8个采样点使用升余弦函数，其余采样点窗函数值设置为1。图3.5 升余弦窗函数相邻符号间的头部8采样点和尾部8采样点进行覆盖叠加。示意图如下：图3.6符号的覆盖叠加加窗信号的波形图3.4 前导模块前导是由8个SYNCP符号和1.5个SYNCM符号连接后加窗后构成，其中每个SYNCP和SYNCM符号都包含了256点。图3.7 前导加窗示意图SYNCP是由固定的36个初始相位为映射复数做IFFT后取实部的结果，SYNCM符号为SYNCP符号取反的结果。3.5 成帧模块图3.8一帧信号波形图图3.9一帧信号的功率谱示意图总结OFDM是一种能够对抗由多径衰落信道造成的符号间干扰的有效技术，它可在频率选择性衰落信道中实现高速率的无线通信。第三代移动通信系统的标准己确定，第四代移动通信系统己处于研究和试验阶段。OFDM技术作为一种高效的调制技术，将成为第四代移动通信系统的关键技术之一。作为OFDM系统中关键技术之一的信道估计，它的性能直接影响到未来移动通信的通信品质。开展这方面的研究具有很强的理论和现实意义。
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