（信号与信息处理专业论文）基于fpga的dvbt+cofdm调制解调器的设计与实现.pdf

南京邮电大学 硕士学位论文摘要 学科、专业： 工学信号与信息处理 研究方向：信息网络与多媒体技术 作者：2 0 0 7 级研究生严云祥 指导教师：李晓飞 题 目：基于f p g a 的d v b tc o f d m 调制解调器的设计与实现 英文题目： i m p l e m e n t a t i o na n dd e s i g no fd v b tc o f d mm o d u l a t i o n a n dd e m o d u l a t i o nb a s e d f p g a 一 主题词： 数字电视地面广播；信道编码；调制器；定时同步；f p g a ； 载波同步 k e y w o r d s ：d v b t ；t i m i n gs y n c h r o n i z a t i o n ；m o d u l a t o r ；f p g a ； c a r r i e rs y n c h r o n i z a t i o n ；c h a n n e le n c o d e 南京邮电大学硕士研究生学位论文摘要 摘要 数字电视地面广播( d i g i t a lv i d e ob r o a d c a s t i n g - t e r r e s t r i a l ，d v b - t ) 作为当今世界 最主要的数字电视地面传输标准之一，采用编码正交频分复用( c o d e do r t h o g o n a l f r e q u e n c y d i v i s i o n m u l t i p l e x i n g ，c o f d m ) 技术进行调制，提高了频谱的利用率以及有 效地对抗多径衰落。因为o f d m 是一种多载波调制技术，要求子载波之间保持严格的 正交性，所以o f d m 系统对定时偏差和频率偏差非常敏感。可以说同步模块设计的好 坏直接关系到整个接收机的性能。 本文在对o f d m 原理和d v b t 系统研究的基础上，重点对d v b - tc o f d m 系统调 制器的信道编码和解调器中的同步模块进行研究和f p g a 设计。主要内容包括： 论文首先简要介绍了o f d m 原理和d v b - t 系统，给出了d v b - tc o f d m 系统发射 和接收模型，接着分析了发射机信道编码和调制原理，包括能量扩散、r - s 编码、卷积 交织、卷积编码、内交织以及帧形成，重点对这些模块的f p g a 设计方法进行了研究， 并对这些模块进行了时序验证。在此基础上，分析了同步系统对d v b - t 接收机性能的 影响，通过对各种同步算法的研究，进行了算法的适当改进，并对这些模块进行了f p g a 建模和时序仿真。最后搭建一个d v b - tc o f d m 系统的f p g a 验证平台，并基于x i l i n x v h t e x - 5s x 5 0 t 芯片对设计模块进行了调试和验证。 关键词：数字电视地面广播；信道编码；调制器；定时同步；f p g a ；载波同步 南京邮电大学硕士研究生学位论文 a b s t r a c t d i g i t a lv i d e ob r o a d c a s t i n g - t e r r e s t r i a l w - t ) h a sb e e no n eo ft h em o s ti m p o r t a n t s t a n d a r d sf o rt e r r e s t r i a lt r a n s m i s s i o na n du n d o u b t e d l yb e e ns h o w na sag r e a ts u c c e s si n d e l i v e r i n gh i g hq u a l i t yd i s t a lt e l e v i s i o n d v b ta d o p t sc o d e do r t h o g o n a lf r e q u e n c yd i v i s i o n m u l t i p l e x i n g ( c o f d m ) a st h em o d u l a t i o nt e c h n i q u ed u et oi t sh i g h - s p e c t r u me f f i c i e n c ya n d i t sr o b u s t n e s sa g a i n s tm u l t i - p a t h h o w e v o r , o f d mi sam u l t i c a r r i e rm o d u l a t i o nt e c h n i q u e ， a n da l lt h ec a r r i e r sa r ec o m p l e t e l yo r t h o g o n a lt oo n ea n o t h e r , s oi ti se x t r e m e l ys e n s i t i v et o s y n c h r o n i z a t i o ne r r o r sa n dt i m i n ge r r o r 8 i tc a nb es a i ds y n c h r o n i z a t i o nm o d u l ed i r e c t l y i m p a c t st h ep e r f o r m a n c eo ft h er e c e i v e r t l l i sw o r ki n v e s t i g a t e st h ep r i n c i p l eo fo f d ma n dd v b ts y s t e ma n df o c u so nt h e d e s i g no ft h ec h a n n e le n c o d eo fd v b - tc o f d m m o d u l a t o ra n ds y n c h r o n o u sm o d u l eb a s e d o nf p g a 1 1 坞m a i nc d n t r i b u t i o no ft h i sd i s s e r t a t i o nc a nb ec o n c l u d e da sf o l l o w i n g ： y i r s f l y , t h i sd i s s e r t a t i o ng i v e sa b r i e fi n t r o d u c t i o na b o u tt h eb a s i cp r i n c i p l e sa b o u to f d m t 时m o l o g i e sa n dt h es y s t = no fd v b - t ac o m p l e t ed v b - tc o f d mt r a n s m i s s i o na n d r e c 画v i n gs y s t e mm o d e li se s t a b l i s h e d s e c o n d l y , t h ep r i n c i p l e sa b o u tc h a n n e le 1 1 c o d oa n d m o d u l a t i o no fd v b - tt r a n s m i t t e r 骶b r i e f l yi n b 文i i 咄i n c l u d i n ge n e r g yd i s p e r s a l ，o l l t t a t c o d i n g , o u t e rh l t n a 喊i n n e ri n t e r l e a v i n g , s i g n a lc o n s t e l l a t i o n sa n dm a p p i n ga n do f d m f l a m es t m c t u r e a n dt h e ni ti sf o c u s e do nt h ed e s i g no ft h e s em o d u l e sb a s e d0 1 1f p g aa n d t i m i n gv e r i f i c a t i o no ft h ed e s i g n t h i r d l y , o nt h i sb a s i s ，t h ee f f e c t so fs y n c h r o n i z a t i o ns y s t e m a g o t h o r o u g h l ya n a l y z e di n t h i sd i s s e r t a t i o mt h e nd e t a i l e da n a l y s i so ft h ek i n d so f s y n c h r o n i z a t i o na l g o r i t h m si sp r e s e n t e d i m p r o v e ds o m oa l g o r i t h m sb a s e d0 1 1e x i s t i n g s y n c h r o n i z a t i o na l g o r i t h m s a tl a s ti ti sf o c u s e d0 1 1t h ed e s i g no ft h e s em o d u l e sb a s e do n f p g aa n dt i m i n gv e r i f i c a t i o n f i n a l l y , t h ef p g av e r i f i c a t i o np l a t f o r mo fd v b tc o f d m s y s t e mi sb u i l t 1 1 1 em o d u l e so ft r a n s m i t t e ra n dr e c e i v e l a g od e b u g g e da n dv e r i f i e dt h r o u g ht h e f p g a c h i po f x i l i n x k e yw o r d s ：d v b o t ； c h a n n e le n c o d e ；m o d u l a t o r ；t i m i n gs y n c h r o n i z a t i o n ； f p g a ： o a l t i o rs y n c h r o n i z a t i o n l i 南京邮电大学硕士研究生学位论文目录 目录 摘要i a b s t r a c t l i 目勇t i 第一章绪论l 1 1 研究背景l 1 2 国内外数字电视地面广播发展状况。2 1 2 1 现存主要标准2 1 2 2 国外发展状况3 1 2 3 国内发展状况3 1 3 选题依据和动机。4 1 4 本文组织结构。4 第二章d v b - tc o f d m 通信技术综述6 2 1o f d m 技术基本原理。6 2 1 1o f i m l 系统的一般模型6 2 1 2o f d m 信号的时频域波形分析7 2 1 3 保护间隔与循环前缀( c y c l i cp r e f i x ) 9 2 1 4 利用f f l i f f t 实现o f 【) m 1 0 2 2d v b = t 标准简介1 2 2 2 ld v b = t 信号帧结构1 2 2 2 2 连续导频和离散导频一1 3 2 2 2 1 基准p 鼬珞序列。1 3 2222 离散导频1 4 2 2 2 3 连续导频1 4 2 3d v b - tc o f d m 发射与接收方案1 5 2 3 id v b - tc o f d m 系统发射机整体结构1 5 2 3 2d v b = tc o f d m 系统接收机整体结构。1 7 2 3 2 1 定时同步1 8 2 3 2 2 载波同步1 8 2 4 本章小结1 8 第三章d v b = tc o f d m 的编码调制的f p g a 设计与实现1 9 3 1 能量扩散1 9 3 1 1 能量扩散模块方案设计1 9 3 1 2 能量扩散模块f p g a 设计2 0 3 2 外纠错码2 l 3 2 1 外纠错码模块方案设计2 l 3 2 2 外纠错码模块f p g a 设计2 2 3 3 卷积交织2 3 3 3 1 卷积交织模块方案设计2 3 3 3 2 卷积交织模块f p g a 设计2 4 3 3 2 1 黜蝴地址分配2 4 3 3 2 2r a m 读写地址的生成。2 4 3 3 2 3 仿真结果2 5 3 4 卷积编码2 5 3 4 1 卷积编码模块方案设计2 5 i h 南京邮电大学硕士研究生学位论文 目录 3 4 2 卷积编码模块的f p g a 设计2 7 3 5 内交织2 7 3 5 1 内交织模块的设计方案。2 7 3 5 1 1 比特交织2 8 3 5 1 2 符号交织2 9 3 5 2 内交织模块的f p g a 设计3 0 3 5 2 1 比特交织模块的f p g a 设计。3 0 3 5 2 2 比特交织模块的时序仿真3 0 3 5 2 3 符号交织模块的f p g a 设计3 l 3 5 2 4 符号交织模块的时序仿真3 3 3 6 星座映射。3 4 3 6 1 星座映射模块设计方案3 4 3 6 2 星座映射模块f p g a 设计3 4 3 7d v b - tc o f d m 系统传输帧结构。3 5 3 7 1d v b - tc o f d m 系统帧形成模块设计方案3 5 3 7 2d v b - tc o m m 系统帧形成模块f p g a 设计3 7 3 7 2 1 子载波序号与p r b s 比特生成模块的设计。3 7 3 7 2 2 子载波类型选择模块的设计3 7 3 7 2 3b c h 编码模块的设计3 8 3 7 2 4 数据频谱搬移模块的设计。3 8 3 7 2 5d v b - tc o f d m 帧形成项层模块的设计及仿真3 8 3 8 本章小结4 0 第四章d v b - tc o f d m 系统中同步的f p g a 设计与实现4 l 4 1 定时同步。4 l 4 1 1 符号定时偏差的影响4 l 4 1 2 符号定时粗同步。4 3 4 1 3 符号定时粗同步算法的改进4 7 4 1 4 符号定时精同步算法4 8 4 1 5 符号定时粗同步的f p g a 设计。4 9 4 1 5 1 滑动求和模块的设计4 9 4 1 5 2 峰值判断状态转移模块的设计。5 0 4 1 5 3 符号定时粗同步的仿真结果5 l 4 1 6 符号定时精同步的f p g a 设计5 2 4 2 载波同步。5 3 4 2 1 载波偏差的影响5 3 4 2 2 整数倍载波频率同步5 5 4 2 3 整数倍载波频率同步算法的改进5 6 4 2 4 整数倍载波频率同步算法模块的f p g a 设计。5 7 4 2 4 1 相邻符号对应子载波共轭相乘子模块。5 7 4 2 4 2 累加求和子模块。5 8 4 2 4 3 整数倍载波频率同步模块仿真时序图。6 0 4 3 本章小结6 ( ) 第五章系统性能调试与验证6 2 5 1 调试与验证6 2 5 2 系统开发平台6 2 5 3d v b - tc o f d m 调制器的仿真结果及数据分析6 3 南京邮电大学硕士研究生学位论文目录 5 4d v b - tc o f d m 解调器的仿真结果及数据分析6 4 5 5 本章小结6 5 第六章总结与展望6 6 6 1 本文工作总结6 6 6 2 工作展望6 6 参考文献。6 7 j 改谢6 9 附录i 斌d 计算程序7 0 硕士研究生期间发表的论文7 l v 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第一章绪论 第一章绪论 1 1 研究背景 随着通信技术、计算机技术、数字信号处理技术及图像压缩技术的迅猛发展，模拟 电视正逐步向全数字高清晰度电视( h i g hd e f i n i t i o nt e l e v i s i o n ，h d t v ) 过渡。数字 电视为用户带来集高品质图像质量和特色化服务内容于一身的数字电视服务。数字电视 系统带来的不仅仅是画面质量的提高，更重要的是它提供了信息融合和共享的途径，数 字电视的普及已经成为建设国家信息化基础设施的一个重要组成部分。数字电视使传统 广播电视发生革命性变化，且在技术上为“三网融合”提供可能，必将带动相关产业高 速发展，进而影响一个国家产业结构的布局和升级，被各国视为信息时代的“战略技术”。 数字电视信号既可以通过卫星及有线电视网传输n ，也能够以地面无线广播的形式 进行传输m 嘲嘲，其中地面广播面临的环境最为复杂：传输过程中可能遭遇强烈的噪声干 扰，信道可能存在严重的多径衰落，而且还会受到其他各种非理想传输条件的影响，所 以地面数字电视接收系统的设计难度较高。但是数字电视地面广播具有一系列优势： 1 采用了先进的图像压缩编码技术，因而每套节目占用的频带窄，可以充分利用频 谱资源。例如，在有线电视中，原来一个模拟电视频道，改为数字电视系统后可以用来 传送6 - - 8 套具有标准清晰度的数字电视节日m 。这就意味着，依靠同样的频谱资源，未 来消费者可以选择的节目更加丰富，而大量的节目和低廉的传输成本也将使广电网的运 营成本大幅度降低。 2 图像清晰度高，音频效果好，抗干扰能力强。数字电视信号的信噪比与连续处理 的次数无关，在传输过程中不会降低信噪比，这和模拟信号在传输过程中噪声会逐步 积累不同，因此，在接收端看到的电视以及声音质量非常接近演播室的水平。 3 数字电视采用大规模集成电路，结构简单，成本随着产品的规模增加而不断降低， 可靠性也比模拟电视更高。 4 数字信号的传输方式便于实现各种加密解密技术，有利于开展各类收费业务， 并且可以通过条件接收系统的应用，实现对用户的良好管理，确保整个产业的可持续发 展。 5 由于采用数字技术，能够加速广电网络和计算机网络的融合，从而可以大大扩展 服务内容。用户可以变动收看为主动的交互或者准交互收看电视节目。除了传统的娱乐 节目之外，还可以依托电视平台，获得各种有针对性的资讯信息，如各种付费节目、理 财信息、视频选播系统、新闻读取、电视在线教育、电视购物、居家银行及浏览等等， l 南京邮电大学硕士研究生学位论文第一苹绪论 使得数字电视成为未来“数字家庭”的重要组成部分。 6 地面广播是最普及的电视广播方式，且在自然灾害、战争等紧急情况下的恢复能 力最强，因此除提供娱乐、学习等公益服务外，地面广播的普遍性、可控性和抗毁性还 被视为国家安全设施，充当紧急情况下动员国民最直接最可靠的政府喉舌。 7 当前数字电视的发展已不仅仅是收看内容的多少，还包括收看地点的灵活性和收 看时段的随意性。地面广播具备简单接收及移动接收能力，可以满足人们随时随地收到 多媒体节目的要求。 8 地面广播不仅能够提供通常意义下的电视和数据广播业务，而且在定位、定时接 收、双向交互业务及其他个性化服务方面，具有很大的发展潜力。 1 2 国内外数字电视地面广播发展状况 1 2 1 现存主要标准 鉴于数字电视产业广阔的市场前景，各国对数字电视相关研究工作，尤其是标准制 定及知识产权问题都非常重视。迄今为止，国内外主要有四种地面传输标准： 1 美国高级电视系统委员会( a d v a n c e dt e l e v i s i o ns y s t e m sc o m m i t t e e ， t s c ) 圆 于1 9 9 6 年研发的标准，采用格形编码八电平残留边带( t r e l l i s - c o d e d8 - l e v e l v e st i g i a ls i d e - b a n d ，8 - v s b ) 调制，是世界上第一个被国际电信联盟( i n t e r n a t i o n a l t e le c o m m u n i c a t i o nu n i o n ，l t u ) 接受的地面数字电视传输标准。a t s c 系统可抗多种 干扰，能有效实现固定接收，但开发初期并未考虑移动应用及单频组网，所以并不具备 上述能力，目前正致力于这方面的改进。 2 欧洲地面数字视频广播( d v b - t ) n 1 标准，采用c o f d m 调制，与1 9 9 8 年被u 确定为第二种地面传输标准。d v b - t 是欧洲数字视频广播( d i g i t a l v i d e ob r o a d c a s t i n g ， d v b ) 组织开发的一系列标准中最复杂的传输系统，具有单频组网能力，支持固定接收 和便携接收，允许移动接收；但直到初期并未过多考虑移动接收，因此当系统采用高阶 调帛0 或码率较高时，其移动接收能力有限。2 0 0 4 年d v b 组织提出了d v b - t 的扩展标 准d v b h ( d i g i t a lv i d e ob r o a d c a s t i n g - h a n d h e l d ，d v b - h ) ，通过增加交织深度增强抗脉 冲干扰能力，从而使移动接收能力也得到提高。 3 日本提出的地面综合业务数字广播( t e r r e s t r i a li n t e g r a t e ds e r v i c ed i 百t a l b r o a d c a s t i n g ，i s d b - t ) 嘲标准，采用频带分段传输o f d m ( b a n d w i d t hs e g m e n t e d t m n s m i s s i o n - o f d m ，b s t - o f d m ) 调制，于2 0 0 1 年正式被n u 确定为第三种地面传输 标准。i s d b - t 的编码、调制和传输方式与d v b t 基本相同，可认为是在后者基础上“修 2 南京邮电大学硕士研究生学位论文第一苹绪论 改而成的，其交织深度比d v b t 大，因此抗脉冲干扰能力较强，移动接收能力较高。 4 中国于2 0 0 6 年8 月公布的数字电视传输标准啪，采用时域同步o f d m ( t i m e d o m a i ns y n c h r o n o u s o f d m ，t d s o f d m ) 调制。与i s d b t 一样，其也可看作是d v b t “修改 而成的，通过采用特殊的伪随机( p s e u d or a n d o m ，p n ) 序列帧头设计和保护 间隔填充方法，可有效实现同步及信道估计，提高了移动接收能力；通过采用新的低密 度校验纠错码可获得更好的误码性能；通过采用与自然时间同步的分层复帧结构，可支 持单频网。 1 2 2 国外发展状况 目前，数字电视地面广播正在世界各地蓬勃发展，各国根据国情特点和市场需求， 选择最适合的传输标准，制定各自的地面广播发展战略。 1 美国 美国制定a t s c 标准以后，与1 9 9 8 年开始启动数字电视地面广播业务，并在随后 的发展过程中采取了一系列措施推动市场化进程。目前数字电视地面广播已基本覆盖全 国，远远超过了有线数字电视，相关产业也飞速发展，而且数字电视销售量呈现出强劲 的增长势头。 2 欧洲 自1 9 9 8 年1 1 月欧洲第一个数字电视地面广播o ni ) i g i t a l 在英国开播以来，包括英、 德、意、法、西在内的欧洲大国不断开播商业性地面数字性地面数字电视服务，市场呈 现出繁荣发展的势头，目前整个欧洲的地面数字电视用户数已经超过美国，进入了稳定 发展阶段。 3 日本 虽然日本提出i s d b - t 相对较晚，但近年来其数字电视产业发展非常快。2 0 0 3 年， 东京、大阪和横滨开始播出地面数字电视，2 0 0 6 年已实现全国覆盖，目前日本地面数字 电视业务正在迅猛增长。 1 2 3 国内发展状况 早在上世纪9 0 年代初，我国就开始了数字电视相关研究，先后提供了多种地面广 播方案。本世纪初，基于单载波v s b 调制的a d t b - t ( a d v a n c e dd i g i t a lt e l e v i s i o n b r o a d c a s t i n gf o rt e r r e s t r i a l ) 方案和基于时域同步o f d m 的d m b - t 啪( t e r r e s t r i a ld i g i t a l m u l t i m e d i ab r o a d c a s t i n g ) 方案基本成熟；后来广播科学院有提出了一套采用低密度校验 纠错编码o f d m 调制的传输方案，经各方努力，最终于2 0 0 6 年8 月颁布了融合各方案 3 南京邮电大学硕士研究生学位论文第一章绪论 产权的地面传输标准，计划于2 0 0 7 年8 月实施。 ：1 9 9 8 年9 月我国成功研制了第一套h d t v 系统，并采用d v b t 国庆5 0 周年庆典进行了试播；2 0 0 2 年5 月上海公交移动电视正式 优点、具有自主知识 在市场应用方面 和a t s c 两种制式对 开播，此后长沙、北京、南京、武汉、南昌等地都开始试播移动电视，大都采用d v b - t 标准。根据“十一五规划，我国将以2 0 0 8 年北京奥运会为契机，着重发展地面数字 电视和高清晰度电视。 1 3 选题依据和动机 作为最具有潜力的通信技术，o f d m 技术在国内外都受到普遍的关注。其应用广泛， 从目前较成熟的有线a d s l 到无线w l a n ，再到目前方兴未艾的地面数字电视广播 ( d v b - t e r r e s t r i a l ) ，乃至至今仍属学术前沿的超宽带u w b 和4 g 移动技术如 c d m a - o f d m 和m i m o 技术等等都有涉及。中国在2 0 0 8 年已经开通针对北京奥运的 高清格式数字电视直播，并预计2 0 1 5 年彻底关闭全国模拟电视广播而实现数字电视广 播的全面覆盖。 针对这一巨大的市场，及时对数字电视中的关键技术进行研究和开发，并为最终产 品化打下坚实基础是一项迫在眉睫的任务。在数字地面广播技术中，同步正确完成与否， 直接决定了后续模块得到的数据正确与否。同时由于技术的复杂性，对其硬件实现中性 能和复杂度的折衷也是个重要课题。本文将研究基于d v b - t 标准的数字地面广播调 制器和解调器中同步模块这些关键技术。 本论文在充分调研目前欧洲d v b - t 的技术发展以及应用背景的基础上，以d v b - t 调制和解调器为设计目标，深入研究分析其系统特性和传输理论，提出了包括d u b t 调制前端的编码、调制以及接收端的定时同步、载波同步等算法，并针对已有算法进行 仿真和优化，而后使用v e r i l o gh d l 硬件描述语言对硬件结构进行设计并通过了仿真验 证。 1 4 本文组织结构 第一章绪论部分简单介绍了论文的研究背景，概况的介绍了国内外数字电视地面广 播发展状况。继而提出了本文选题的依据和动机，最后总结了本文所要完成的主要工作 以及贡献。 第二章是d u b tc o f d m 系统的综述。主要是对o f d m 技术的原理以及d v b - t 标准进行一下描述，然后在此基础上提出d v b - tc o f d m 系统的发射机和接收机方案 的设计。 4 南京邮电大学硕士研究生学位论文第一章绪论 第三章是d v b - tc o f d m 的编码调制的f p g a 设计与实现。主要对系统发射端信 道编码和调制原理进行阐述，而后用v e r i l o gh d l 语言对各个子模块进行r t l 建模并进 行时序仿真。 第四章是d v b - tc o f d m 系统中同步的f p g a 设计与实现。首先分析同步系统对 接收机性能的影响，而后详细分析了各种同步算法，并在其基础上进行了适当的改进。 接着就是对这些模块进行f p g a 建模和时序仿真。 第五章是系统调试和验证。在这章中，首先搭建一个d v b tc o f d m 系统的f p g a 验证平台，然后把设计的模块在x i l i n xv i r t e x 5s x 5 0 t 芯片上进行调试和验证。 第六章对全文进行总结，并对下一步工作提出了建议。 5 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第二章d v b tc o f d m 通信技术综述 第二章d v b tc o f d m 通信技术综述 d v b - t 是指利用开路地面传输媒介进行m p e g 2 数字电视的传输的标准，由于地 面电视传输的特殊环境，经过多年的研究论证，参与d v b 组织的专家们选定c o f d m 编码正交频分复用的信道调制技术，同时伴随着强大的纠错码，达到频谱利用效率与传 输可靠性的平衡。c o f d m 信道调制编码技术提供2 种子载波数量2 k 和8 k 模式，3 种 调制方式，4 种保持间隔，支持小范围和大范围的单频网运行( s f n ) ，同意一路数字电 视节目，可以通过多个发射机的统一频率同时接收，以提高接收效果。系统可以支持目 前模拟电视系统的8 m h z 带宽，以及7 m h z 和6 m h z 带宽。为了防止反射干扰以及接收 来自多个同频发射机的信号，引入了保护间隔的概念；为了适应不同环境的传输，系统 支持等级调制。 2 1o f d m 技术基本原理 2 1 1o f d m 系统的一般模型 o f d m 的基本思想是把数据流串并变换为路速率较低的子数据流，用它们分别 去调制路子载波后再进行传输蚓7 1 。如图2 1 所示： 审唯 穸 叫反卜 并 并 巫丑如 酬或m 串 +卧 j 嘲 变 变 龟皤 蟛互丝卜换 换 叫塑 如叫卜一磊卜 图2 - 1o f d m 系统的基本模型 一个o f d m 符号之内包括多个经过调制的子载波的合成信号，其中每个子载波都 可以受到相移键控( p s k ) 或者正交幅度调制( q a m ) 符号的调制。所以o f d m 信号 可以表示为： 啪)=rel耋壶e吡2卿)鼠(t-lt。r g k ) 陋g r , ) = l l v , 誓乙( 2 1 ) ( f ) l e x p ( ，2 万五f ) 鼠) l ，( f ) = 二i ( 2 1 ) l ，= i = 一石j夕i匕 式中r e 表示取实部运算，钆表示第1 个o f d m 符号第k 个子载波上的调制数据， 石= z + 七毛表示第k 个子载波频率，表示中心载波频率，瓦= a r t 表示各个子载波 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章d v b tc o f d m 通信技术综述 上的符号周期，为子载波总数，2 k + l n 为有效子载波数目，其它子载波作为保护 带，鼠( f ) 表示各子载波上调制数据传输波形，此处为矩形脉冲。 2 1 2o f d m 信号的时频域波形分析 令 在多数文献中鹏m 嘲，通常采用复等效基带信号来描述o f d m 的输出信号，表示为： ) = 妻kc 肚e x p ( 竽) g7 ：i ( 卜t r y ) ( 2 2 ) l = - o ok = - k “ 吼归圭x p ( 学) ( 2 3 ) k - - - k l t l 可知置( f ) 是以z 为周期的函数，记墨瘩( t ) = s l ( t ) g r ( t 一亿) ，代入式( 2 2 ) 可得 j ( f ) = s 恐) g 瓦( t - l t ) = s 妇( f ) ( 2 - 4 ) 为叙述简洁，取第l = 0 个o f d m 符号进行分析，即 s o ，g ( 垆童c o p ( 挚州f ) ( 2 - 5 )，g ( ，) = ，七e x p ( 鼠( f )( 2 5 ) k = - i c j h 仔细分析上式可知：每个子载波e 印( 歹2 刀电互) 在一个o f d m 符号周期瓦内正好包 含整数个周期，相邻子载波之间相差一个完整的周期，且 翦唧( 警 唧 等肛瞄 c 2 呦 式中上标宰表示复数求共轭运算。由此可知各个子载波之间相互正交，实际o f d m 传输信号的时域波形是由多个正交子载波信号叠加而成，如图2 - 2 所示。 $ 阑 鳍 露嗡 蘧譬 静翥 豢。蠼 鬓芝 器0 “? 铲j 髫c f “疆铲可勺3 ，：? 段霉飞7 一霞5 7 。o | v 4 。0 7 、”0 8 了i ”“疆争磐。一分搿 褫戮黝黝黝勰漉锄幽巍漱癞巍囊i 鏊勉趁魃隧兰瞩塌耘璃鳜臻端秘矗么貔i 毖搋巍骥蕊貔貔兹撬籀 图2 - 2o f d m 时域波形图 7 南