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正交频分复用(OFDM)技术是一种新兴的无线通信技术,它具有高的频带利用率和良好的抗多径干扰能力的特点,适用于在各类宽带无线通信系统中。因此,它已经相继成为无线局域网IEEE802.11、无线城域网IEEE802.16、Hiperlan/2、数字多媒体广播和未来3G长期演进(LTE)等无线通信标准采用的核心技术。
目前,大多数研究者关注于OFDM关键技术的理论研究和性能仿真。而OFDM无线传输系统的最终应用离不开其硬件实现。本课题来源于与企业合作的一个宽带无线多媒体传输系统项目,本文的实践构建了一个实际的OFDM无线传输系统的硬件实验平台,可供OFDM技术理论研究结果的验证和性能对比分析。
本文首先简介了OFDM技术的发展历史、主要特点与实际应用,介绍了OFDM系统的基本原理、典型结构以及帧同步、频偏估计与补偿、信道估计与均衡等关键技术。紧接着,描述了相位噪声的三种统计模型以及相位噪声的影响,针对采样频率误差与载波残余频偏引起的相位旋转,进行了原理性的分析与推导,给出了考虑综合情况下相位旋转的估计与补偿算法。继而,对基于802.16d协议的OFDM硬件系统采集得到的数据在Matlab进行分析处理,验证了相位旋转原理,对补偿算法进行仿真。之后,论述了基于FPGA硬件的相位旋转估计补偿模块的实现原理、优化以及硬件实现,通过了功能和时序仿真;且根据调试中的实际情况作出了算法的优化处理,确保了算法实现的稳定性与正确性。最后,对整个OFDM系统进行联调,展示了系统发送接收端的调试效果图。