1、OFDM基带系统结构

上半部分和下半部分分别为发射机链路和接收机链路。另一方面看,完整的OFDM系统又分为基带部分和射频部分,基带系统对数据进行一系列数字信号处理,射频处理部分则用来把基带信号转换到高频上去。

       OFDM技术工作于物理层,其系统传输的数据通常也称为物理层服务数据单元(PSDU)。在完整的OFDM系统中,二进制数据输入前首先进行扰码,数字通信中,如果经常出现长串的“0”或者“1”序列,则会影响接收机对接收信号到来的误判,不能准确确定信号的到来,因此需要扰码器来避免长串的或“1”。随后后进行信道编码,编码的目的是为了让传输更可靠,通过发送冗余数据或者监督码元,采用不同的编码效率,以牺牲少量带宽为代价换去更高的可靠性。编码后的比特流再进行交织编码,交织后的比特流经过星座映射调制成同相(I路)和正交(Q路)两路复数信号,星座映射可以采用相移键控(PSK)调制方式或者正交幅度调制(QAM),OFDM数据部分一般采用16QAM调制,在不同标准和场景下,系统会采用不同速率的调制方式来满足需求,本设计采用的是16QAM调制。调制后的符号再经过IFFT处理,调制到不同子载波上,从而在一个符号周期内不同子信道上的信号进行叠加得到一个OFDM符号。完整的OFDM系统中,会选中子载波来传输导频,导频信号作为接收机一直的信息用于接收机的频率同步和信道估计。IFFT的输出再经过并串处理后,添加循环前缀及加窗操作,从而减少OFDM符号带外辐射。经过以上几个部分的处理,便完成了OFDM数字基带处理,再将待发送的信号经过数模转换(D/A)处理变成连续波形后,便可发送到射频前端进行基带信号到高频信号的转变,从而完成整个发射机的过程。

      接收过程则基本上是实现与发送机过程正相反的逆操作,首先需要使得接收机的系统时钟与发射机的时钟同步,无线通信系统中,要考虑无线信道传输过程中造成的延时,另外,还需要考虑频率同步。两根天线之间会有载波偏移,不同振荡器产生的频率也不可能完全一样,因此需要解决载波频率偏移的问题。除此之外,无线信道还会影响解调信号的幅值,进而导致高阶星座解调的准确性,因此需要信道估计来估计信道响应对幅度进行补偿。OFDM系统中运用前导训练序列来完成时域同步和信道估计,能有效的解决以上同步问题。信号经过同步处理和幅值补偿之后,接下来就是对发射机各模块的逆运算,包括去循环前缀、FFT和星座解调、与编码对应的译码模块以及解交织等处理。

    考虑到工作量较大时间较紧的关系,本设计在OFDM完整系统的基础上,省略了一部分模块的设计,比如编译码模块、交织/解交织模块,并假设接收机采用同一块板子,不存在频偏的情况,因此省略频率同步模块,完成了一个基础的OFDM基带通信系统设计。

   本设计的OFDM收发系统模块的模型如图2-2所示,系统分为发射机部分和接收机部分,各部分根据不同的功能分为多个子模块,分模块化设计和实现。本文主要完成的模块包括16QAM映射模块、IFFT模块、循环前缀及加窗模块,以及接收机部分的同步(分组检测)模块、去除CP和FFT模块,信道估计模块及16QAM解映射模块。

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