基于OFDM技术的短波通信电台研制

1、1 / 14基于 OFDM 技术的短波通信电台研制摘要：本文研究了 OFDM 调制技术在短波通信中的应用，提出了一个基 于OFDM 调制的短波通信电台的设计方案并完成了软硬件系统设计。对实验样机的测试结果表明，本系统性能指标能够满足实际要求。 关键词：短波通信 ; 软件无线电；正交频分复用技术一、引言短波通信由于具备通信距离远、 架设简单和移动方便等优点被广泛用于 无线通信领域。正交频分复用（OFDIM 调制方式以其传输速率快、频带 利用率高和抗多径能力强等优点越来越受到人们的重视，也开始逐步被 应用于短波通信领域，取代原来的单载波调制和非正交多载波调制技术:门。本文介绍的基于 OFDM 调制

2、技术的短波通信电台采纳了软件无线电的思想，以 DSP 为操纵和运算核心完成对数字信号的 OFDM 调制和解调。2 / 14、短波通信电台的系统模型与性能参数1.差不多系统模型短波通信电台的实验样机框图如图1 所示，发送端首先通过 PC 机录入人的语音数据进行语音编码和压缩，然后通过RS-232 接口将压缩后的比特数据流传送至数字发射机进行 OFDM 调制，最后由射频模块将 OFDM 信号变频到射频频段后发送至无线信道；接收端首先由射频模块接收通过无线信道传来的模拟信号，然后在数字接收机内部将信号恢复成基带 信号后进行同步和 OFDM 解调，最后通过 RS-232 接口将解调后的比特数 据上传到

3、PC 机，由其进行解压缩和语音解码将数据恢复成语音数据。HS 23：短波电台的系统参数如表 1 所示，要紧性能指标为:3 / 1414QAM 调制时，在 10 kHz 的信号带宽上数据速率达到 11.25 kbps;16QAM表 1理波电台的系统参数系统參數裁波頻率512 kHz釆律連率32 kHz10 klb子豔滾麹事圖隔62.5 fk予戟披敬目15540|400 ms有效袴号氏度|20 ni3懵环前缀氏庞4 tii?-一子载波谒M方成49 AM 16QAM限于篇幅，下文要紧介绍数字发射机和接收机两个中频处理模块的软硬 件方案设计，而对射频模块和语音编解码模块不做介绍。时，则能达到 22.5

4、 kbps ;24QAM 调制时米纳编码后在信噪比为率能达到 10-5;34QAM 调制时米纳编码后在信噪比为 大延迟 4 ms）中的比特误码率能达到10 dB 的 AWG 信道中的比特误码20 dB 的短波信道（多径信道最10-4。4 / 14三、数字发射机软、硬件结构5 / 14数字发射机的结构框图如图 2 所示，压缩后的语音数据通过 RS-232 接 口传到发射机，先进行缓冲后送入 DSP 进行 OFDM 调制，最后将已调信 号上变频到中频后采样。图 2 数字发射札的结构桓图主数字发封机中我们采细了 TI 公司的TMSVC541 芯片来完成信号的 OFDM 调制，该芯片是一款 16 位定

5、点 DSP 片内有 64 K 的 16 位字节 RAM 最高工作时钟可达 100 MHz.DSP 内部信号处理流程如图 3 所示，数据进行星座映射(4QAM/16QA) 后插入导频，由于在我们的方案中数据传输采纳了帧结构每20 个符号为一帧，因此在每帧的第一个符号内需插入时刻导频用于接收端的帧同 步，同时在所有符号中插入增益导频用于接收端的信号同步和信道可 能，时刻导频和增益导频的幅度是信号幅度的倍而相位为随机分布。4：tIV盟字円2数字发対机的皓均粧图6 / 14!*3 MP内部倩号处理流程由于 OFDM 调制能够等效成一次 IDFT,因此已调信号能够表示为：.r（n）=工.（）/弘n k

6、0.TV - 1 1）为了消除多径引起的符号间干扰还需加入循环前缀（CF）,实际中循环前缀的长度一般要大于信道的最长延迟时刻，最后的输出信号为jtr = - .V -他 +I,- I|巩町*期二0*I /V ” 1（2）为了产生带宽为 10 kHz、中心频率为 512 kHz 的 OFDM 信号，有 2 种方 案可供选择：在 DSP 中进行 OFDM 调制时直接产生，依照奈奎斯特采 样定理现在的离散采样速率至少为1.024 MHz 这就意味着 OFDM 调制时IFFT 的点数为 16 384 点，尽管采纳这种方法硬件结构比较简单，但对 DSP运算速度要求专门高 TMSVC541 无法胜任；在

7、DSP 中产生离散采 样率为32 KHz 的 OFDM&号（IFFT 的点数为 512 点），然后对其内插和 滤波，为了11i比插-JAi 映* ii誓ii弗片喪换7 / 14获得 1.024 MHz 的离散采样率至少对原来信号进行32 倍插值，最后将其混频到 512 KHz 实际中为了降低数模转换后的模拟滤波器的设计要求我们采纳了 256 倍的插值，尽管采纳这种方案运算量也专 门大，然而能够采纳专用的上变频(DUC 芯片来完成。Harris 公司生 产的 HSP50215是一款单路调制的上变频器件，最大输入数据流为3MHz 输出数据流为 52 MHz，内部包括 32 位的可编程载波数字振荡器(NCO、30 位可编程符号定时 NCO 256 阶可编程整形 FIR 滤波器，最 大内插因子为 256 完全能够满足我们的设计需要。四、数字接