基于軟件無線電的OFDM解調模塊的設計與實現(xiàn)

基于軟件無線電的OFDM解調模塊的設計與實現(xiàn)摘要：針對IEEE802.11a標準中OFDM調制解調原理，結合軟件無線電的思想，采用高效率的SystemGenerator軟件，對OFDM部分的解調模塊進行設計與實現(xiàn)。設計中采用16QAM對數(shù)據(jù)符號進行調制，可以有效地降低系統(tǒng)誤碼率。仿真結果表明，本文設計的OFDM解調模塊具有較高的可靠性。關鍵詞：軟件無線電；OFDM解調；SystemGeneratorTheOFDMdemodulationdesignandimplementationbasedonsoftwareratiomoduleAbstract:InviewoftheIEEE802.11astandardforOFDMmodulationanddemodulationprinciple,togetherwiththeideaofSofeware-Defined-Radio(SDR),somepartsofOFDMdemodulationmoduleispresentbyusingtheSystemGeneratortoolundertheMatlab/Simulinkcircumstance.Itisjusttomakeclear,withsomeemphasisaboutthedesignmethodsandsimulationofthenormalization,FFTdemodulationand16QAMdemodulationmodules.ThesimulationresultsshowthatthesedemodulationmodulescandemodulatetheOFDMsignalcorrectly.Keywordwords:Software-Defined-Ratio;OFDM;demodulation

1引言軟件無線電的基本思想是以一個通用的、標準化、模塊化的硬件平臺為依托，通過軟件編程來實現(xiàn)無線電臺的各種功能，從基于硬件、面向用途的電臺設計方法中解放出來[1]。軟件無線電強調體系結構的開放性和全面可編程性，通過軟件更新改變硬件配置結構，實現(xiàn)新的功能。OFDM技術作為一種高效的信道接入方式，能夠有效地對抗了由于多徑效應造成的頻率選擇性衰落，同時通過串/并變換把頻率選擇性信道轉換成并行的正交子信道，提供了較高的頻譜利用率，成為廣大學者的研究熱點[2]。目前OFDM技術已經(jīng)被廣泛應用于廣播式的音頻、視頻領域和民用通信系統(tǒng)，比如非對稱的數(shù)字用戶環(huán)路（ADSL）、ETSI標準的數(shù)字音頻廣播（DAB）、數(shù)字視頻廣播（DVB）、高清晰度電視（HDTV）、無線局域網(wǎng)（WLAN）等。結合軟件無線電的思想，采用XILINX公司的SystemGenerator這一高性能DSP系統(tǒng)的快速建模和實現(xiàn)工具，在Matlab/Simulink環(huán)境下，對OFDM解調的部分模塊進行系統(tǒng)建模仿真。軟件無線電中OFDM的調制解調原理及系統(tǒng)框圖2.1IEEE802.11a中OFDM的調制解調原理OFDM的基本原理就是把一個高速的數(shù)據(jù)流分配到并行的速率較低的相互正交的若干子信道中傳輸，通過各子載波進行調制，然后在獨立的子信道上進行傳輸。由于每個子信道的頻率特性可以近似看作是平坦的，每個信道就可以認為是無符號間干擾的理想信道，接收端可以可靠的解調信號。同時在OFDM符號中插入保護間隔保證了子信道的正交性，消除了OFDM符號間的干擾。對于含有N個子載波的OFDM系統(tǒng)，在一個符號持續(xù)時間T內，從開始采用復等效基帶信號表示OFDM為：(1)式中，表示第k個子載波上傳輸?shù)慕?jīng)過調制后的信號。對于一個周期內的基帶信號，令式（1）中，忽略矩形函數(shù)，并對信號以的速率進行采樣，即令，可得(2)式（2）與IDFT運算的表達式一致，說明OFDM復等效基帶信號可以用離散傅立葉反變換（IDFT）的方法來實現(xiàn)。同樣，在接受端，恢復原始數(shù)據(jù)符號的處理就可以通過對進行反變換，即DFT，得到(3)在OFDM的調制和解調FILENAME基于軟件無線電的OFDM解調模塊的設計與實現(xiàn)最終版.doc中可以通過IDFT和DFT來代替，F(xiàn)FT/IFFT是實現(xiàn)DFT/IDFT快速算法。在OFDM系統(tǒng)的具體實現(xiàn)中，通常采用更加快捷方便的快速傅立葉變換（FFT/IFFT）來降低運算復雜度。2.2OFDM的系統(tǒng)框圖基于軟件無線電架構的OFDM系統(tǒng)模型框圖如圖1所示，可分為發(fā)射端，和接收端。圖1軟件無線電架構的OFDM系統(tǒng)在發(fā)送端，首先將串行輸入的數(shù)據(jù)進行16QAM星座圖映射，再根據(jù)系統(tǒng)的傳輸幀格式進行導頻插入、補零成幀等處理過程，得到了數(shù)域數(shù)據(jù)。然后通過64點的IFFT變換，完成多載波調制，使得信號能夠在子載波上并行傳輸。變換后的信號經(jīng)串并轉換，加入循環(huán)前綴，構成一個完整的OFDM數(shù)據(jù)幀，經(jīng)過上變頻發(fā)射到信道中傳輸。在接收端，把接收到的信號先進行下變頻，進行OFDM解調。OFDM解調即把信號送到同步/定時模塊，經(jīng)過同步算法，估計出幀時點和頻率偏移，并刪去循環(huán)前綴。然后經(jīng)64點FFT變換后，利用信號中的插入導頻進行信道估計。最后，F(xiàn)FT的輸出包括了64個映射值，所有這些值被逆映射為二進制數(shù)據(jù)輸出。仿真模型設計SystemGenerator是Xilinx公司進行數(shù)字信號處理開發(fā)的一種設計工具，它通過將Xilinx開發(fā)的一些模塊嵌入到Simulink的庫中，可以在Simulink中進行定點仿真，設置定點信號的類型，這樣就可以比較定點仿真與浮點仿真的區(qū)別。并且可以生成HDL文件，或者網(wǎng)表，在ISE中進行調用，或者直接生成比特流下載文件。SystemGenerator能夠加快DSP系統(tǒng)的開發(fā)進度，縮短整個設計周期，本文即是使用SystemGenerator來設計OFDM的調制解調系統(tǒng)的。采用SystemGenerator設計的OFDM調制解調系統(tǒng)如圖2所示：圖2OFDM調制解調系統(tǒng)幅度歸一化模塊在SystemGenerator中，由于FFT解調模塊中使用的FFTv3_2模塊要求的輸入數(shù)據(jù)格式為Fix_n_n-1，比如Fix_8_7、FIX_24_23，所以需要在FFT解調模塊前做一個歸一化模塊，使輸入數(shù)據(jù)符合FFTv3_21的要求。FFT解調模塊FFT解調主要使用SystemGenerator提供的FFTv3_2模塊，該模塊支持的器件有Virtex-4、Virtex-2、Virtex-2Pro和Spartan-3，它為離散傅立葉變換（DFT）提供了一種有效的算法。當fwd_inv端口輸入為1時，F(xiàn)FTv3_2進行離散傅立葉變換，當fwd_inv端口輸入為0時，F(xiàn)FTv3_2則進行離散傅立葉反變換。信號fwd_inv必須是布爾型數(shù)據(jù)。OFDM解調模塊如圖3所示。圖3FFT解調模塊對OFDM調制解調系統(tǒng)進行仿真，仿真結果結果如圖4。在16QAM映射、IFFT調制、FFT解調模塊后面加上星座圖模塊進行觀察，由仿真結果可以看出，F(xiàn)FT解調模塊把看起來雜亂無章的OFDM載波星座圖恢復成基本有序的16QAM星座圖，與發(fā)射端的16QAM映射星座圖基本一致。圖4(a)16QAM映射星座圖圖4(b)OFDM載波星座圖圖4(c)FFT解調星座圖16QAM逆映射模塊發(fā)射端的16QAM調制方式采用格雷碼方式的調制星座圖如圖5所示，其映射規(guī)則如表1:圖516QAM映射星座圖表116QAM映射規(guī)則量值I(a1a2)/Q(b1b2310111-101-30016QAM解調分為I路和Q路，采用電平判決方式解調。設輸入信號為，I路為，Q路為。支路電平判決流程圖如圖6所示：當輸入信號等于0時，判為0。若不為0，判斷輸入信號是否大于0，若是則判為0，否則為1。當輸入信號大于0時，判斷其是否大于2，是則判為0，否則為1。當輸入信號小于0時，再判斷其是否小于-2，是則判為0，否則為1。的判決規(guī)則等同于。圖6I支路電平判決流程圖對16QAM逆映射模塊進行仿真驗證，得到波形圖如圖7所示，從圖7中可以看出，解調出的信號波形與原始信號波形一致，驗證了16QAM逆映射模塊設計的可行性。圖716QAM解調結果誤比特率測試為驗證系統(tǒng)的可靠性，在系統(tǒng)中設置了誤比特率測試模塊，如圖8所示。系統(tǒng)碼源速率為24Mbit/s，系統(tǒng)抽樣率為24Mbit/s，仿真時長為0.001s，測得誤比特率約為0.0003。由此看出，本文采用SystemGenerator設計的OFDM解調模塊具有較高的可靠性。圖8誤比特率

小結基于軟件無線電的思想，使用SystemGenerator對OFDM調制解調模塊進行了設計與實現(xiàn)。設計OFDM的調制解調包括OFDM歸一化、FFT解調、16QAM解調等模塊，通過仿真驗證了系統(tǒng)設計的結果與理論一致。本文采用SystemGenerator圖形化的設計環(huán)境，使得修改設計變得簡單方便，避開了HDL的復雜編程，提高了效率，縮短了開發(fā)周期，具有很好的實用價值。

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社會實踐報告系別：班級：學號：姓名：作為祖國未來的事業(yè)的繼承人，我們這些大學生應該及早樹立自己的歷史責任感，提高自己的社會適應能力。假期的社會實踐就是很好的鍛煉自己的機會。當下，掙錢早已不是打工的唯一目的，更多的人將其視為參加社會實踐、提高自身能力的機會。許多學校也積極鼓勵大學生多接觸社會、了解社會，一方面可以把學到的理論知識應用到實踐中去，提高各方面的能力；另一方面可以積累工作經(jīng)驗對日后的就業(yè)大有裨益。進行社會實踐，最理想的就是找到與本專業(yè)對口單位進行實習，從而提高自己的實戰(zhàn)水平，同時可以將課本知識在實踐中得到運用，從而更好的指導自己今后的學習。但是作為一名尚未畢業(yè)的大學生，由于本身具備的專業(yè)知識還十分的有限，所以我選擇了打散工作為第一次社會實踐的方式。目的在于熟悉社會。就職業(yè)本身而言，并無高低貴賤之分，存在即為合理。通過短短幾天的打工經(jīng)歷可以讓長期處于校園的我們對社會有一種更直觀的認識。實踐過程：自從走進了大學，就業(yè)問題就似乎總是圍繞在我們的身邊，成了說不完的話題。在現(xiàn)今社會，招聘會上的大字報都總寫著“有經(jīng)驗者優(yōu)先”，可還在校園里面的我們這班學子社會經(jīng)驗又會擁有多少呢？為了拓展自身的知識面，擴大與社會的接觸面，增加個人在社會競爭中的經(jīng)驗，鍛煉和提高自己的能力，以便在以后畢業(yè)后能真正真正走入社會，能夠適應國內外的經(jīng)濟形勢的變化，并且能夠在生活和工作中很好地處理各方面的問題，我開始了我這個假期的社會實踐-走進天源休閑餐廳。實踐，就是把我們在學校所學的理論知識，運用到客觀實際中去，使自己所學的理論知識有用武之地。只學不實踐，那么所學的就等于零。理論應該與實踐相結合。另一方面，實踐可為以后找工作打基礎。通過這段時間的實習，學到一些在學校里學不到的東西。因為環(huán)境的不同，接觸的人與事不同，從中所學的東西自然就不一樣了。要學會從實踐中學習，從學習中實踐。而且在中國的經(jīng)濟飛速發(fā)展，又加入了世貿(mào)，國內外經(jīng)濟日趨變化，每天都不斷有新的東西涌現(xiàn)，在擁有了越來越多的機會的同時，也有了更多的挑戰(zhàn)，前天才剛學到的知識可能在今天就已經(jīng)被淘汰掉了，中國的經(jīng)濟越和外面接軌，對于人才的要求就會越來越高，我們不只要學好學校里所學到的知識，還要不斷從生活中，實踐中學其他知識，不斷地從各方面武裝自已，才能在競爭中突出自已，表現(xiàn)自已。在餐廳里,別人一眼就能把我人出是一名正在讀書的學生,我問他們?yōu)槭裁?他們總說從我的臉上就能看出來,也許沒有經(jīng)歷過社會的人都有我這種不知名遭遇吧!我并沒有因為我在他們面前沒有經(jīng)驗而退后,我相信我也能做的像他們一樣好.我的工作是在那做傳菜生,每天9點鐘-下午2點再從下午的4點-晚上8:30分上班,雖然時間長了點但,熱情而年輕的我并沒有絲毫的感到過累,我覺得這是一種激勵,明白了人生,感悟了生活,接觸了社會,了解了未來.在餐廳里雖然我是以傳菜為主,但我不時還要做一些工作以外的事情，有時要做一些清潔的工作，在學校里也許有老師分配說今天做些什么，明天做些什么，但在這里，不一定有人會告訴你這些，你必須自覺地去做，而且要盡自已的努力做到最好，一件工作的效率就會得到別人不同的評價。在學校，只有學習的氛圍，畢竟學校是學習的場所，每一個學生都在為取得更高的成績而努力。而這里是工作的場所，每個人都會為了獲得更多的報酬而努力，無論是學習還是工作，都存在著競爭，在競爭中就要不斷學習別人先進的地方，也要不斷學習別人怎樣做人，以提高自已的能力！記得老師曾經(jīng)說過大學是一個小社會，但我總覺得校園里總少不了那份純真，那份真誠，盡管是大學高校，學生還終歸保持著學生的身份。而走進企業(yè)，接觸各種各樣的客戶、同事、上司等等，關系復雜，但我得去面對我從未面對過的一切。記得在我校舉行的招聘會上所反映出來的其中一個問題是，學生的實際操作能力與在校理論學習有一定的差距。在這次實踐中，這一點我感受很深。在學校，理論的學習很多，而且是多方面的，幾乎是面面俱到；而在實際工作中，可能會遇到書本上沒學到的，又可能是書本上的知識一點都用不上的情況?；蛟S工作中運用到的只是很簡單的問題，只要套公式似的就能完成一項任務。有時候我會埋怨，實際操作這么簡單，但為什么書本上的知識讓人學得這么吃力呢？這是社會與學校脫軌了嗎？也許老師是正確的，雖然大學生生活不像踏入社會，但是總算是社會的一個部分，這是不可否認的事實。但是有時也要感謝老師孜孜不倦地教導，有些問題有了有課堂上地認真消化，有平時作業(yè)作補充，我比一部人具有更高的起點，有了更多的知識層面去應付各種工作上的問題，作為一名大學生，應該懂得與社會上各方面的人交往，處理社會上所發(fā)生的各方面的事情，這就意味著大學生要注意到社會實踐，社會實踐必不可少。畢竟，很快我就不再是一名大學生，而是社會中的一分子，要與社會交流，為社會做貢獻。只懂得紙上談兵是遠遠不及的，以后的人生旅途是漫長的，為了鍛煉自己成為一名合格的、對社會有用的人才.很多在學校讀書的人都說寧愿出去工作，不愿在校讀書；而已在社會的人都寧愿回校讀書。我們上學，學習先進的科學知識，為的都是將來走進社會，獻出自己的一份力量，我們應該在今天努力掌握專業(yè)知識，明天才能更好地為社會服務。實踐心得：雖然這次的實踐只有短短的幾天，而且從事的是比較簡單的服務工作，但是通過與各種各樣的人接觸，還是讓我學會了很多道理。首先是明白了守時的重要性。工作和上學是兩種完全不同的概念，上學是不遲到很多時候是因為懼怕老師的責怪，而當你走上了工作崗位，這里更多的是由于自己內心的一種責任。這種責任是我學會客服自己的惰性，準時走上自己的崗位。這對我以后的學習生活也是一種鞭策，時刻牢記自己的責任，并努力加強自己的時間觀念。其次讓我真實的體會到了合作的重要性。雖然我工作的只是小小的一家餐廳，但是從點單到制作到遞送到結帳這一環(huán)環(huán)的工作都是有分工的，只有這樣才能使整家店的工作效率都大大的提高。以前雖然在書上看見過很多的團隊合作的例子，但這一次是深刻的體會到了，正所謂“眾人拾柴火焰高”，“團結就是力量”。在以后的學習和工作中，一定會要牢記這一點，將自己融入到集體中，和大家一起攜手走向輝煌。再次，這次打工的經(jīng)歷也讓我的心理更