OFDM关键技术研究以及DSP实现

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正交频分复用(OFDM)技术以其频谱利用率高、抗多径和脉冲噪声、在高效带宽利用率情况下的高速传输能力、根据信道条件对子载波进行灵活调制及功率分配的能力,在数字音频广播、数字电视以及无线局域网等无线高速数据传输系统中广泛应用。因此,对OFDM系统关键技术的研究具有很高的理论价值与实用价值。本文在分析OFDM技术基本理论的基础上,对OFDM系统的高峰平比问题和Turbo码的编译码问题进行了系统和深入的研究,对提出的解决方案进行了数值仿真分析比较,给出了适合实际系统的解决方案,并在以AD-TS101DSP为核心的硬件平台上实现了Turbo码的编译码器。主要内容包括:针对降低OFDM信号的高峰平比(PAPR)问题,本文研究了限幅类和概率类两种方法,重点研究了其中的削波法(CR)和压缩扩展变换法(MCT)以及脉冲整形法(PS)这三种方法。对于脉冲整形法,本文针对其原有的采用成形矩阵的实现方法计算复杂度高、不易实现等缺点,推导了时域基带信号公式,提出了采用DFT/IDFT来实现脉冲整形方法。同时文章仿真分析了时偏对脉冲整形OFDM(PS-OFDM)系统的性能影响,指出时偏对PS-OFDM系统影响不大,原有的OFDM系统的信道估计方法仍然适用于PS-OFDM系统。文章进一步仿真比较了CR/MCT/PS这三种方法在OFDM系统中的误码率性能,给出了适合实际OFDM系统的降低峰平比的方法。对于OFDM系统中Turbo码的编译码问题,文章研究了Turbo码的编码器、交织器以及迭代译码算法(MAP/LOG-MAP/MAX-Log-MAP/SOVA)。文章仿真比较了分组交织/随机交织/S伪随机交织这几种交织器对Turbo-OFDM系统中的性能影响,指出S伪随机交织器具有更好的性能。同时文章仿真分析了几种迭代译码算法对Turbo-OFDM系统的性能影响,综合考虑性能、译码复杂度和实现复杂度等方面,给出了较适合工程应用的迭代译码算法。文章进一步对Turbo-OFDM判决反馈系统的误码率性能进行了仿真比较,结果表明:判决反馈提高了误码率性能,信道估计以及迭代译码和信道参数的联合估计方法将会是未来研究的一个非常重要的课题。根据性能要求和实现复杂性两者综合考虑,最后以AD公司的DSP芯片ADSP-TS 101 S为开发环境实现了OFDM通信系统,其中的纠错编码采用了SOVA算法的Turbo码译码器。试验结果表明,设计实现的Turbo译码器工作稳定,具有良好的性能。
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