[发明专利]一种小型化双通道OFDM通信系统及其实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种小型化双通道OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing正交频分复用)通信系统及其实现方法，它是基于软件无线电设计的OFDM通信系统及其硬件实现。属于无线数字通信技术领域。

背景技术

软件无线电是1992年美国首次提出的一种实现无线通信的新的体系结构。它的主要思想是：构造一个具开放性、标准化、模块化的通用硬件平台，把尽可能多的无线通信及个人通信功能用软件实现。与传统无线电系统相比,软件无线电系统结构大不相同。对于传统的模拟无线电系统,其射频部分、上下变频、滤波及基带处理全部采用模拟方式,某个频段、某种调制方式的通信系统都对应于专门的硬件结构。随后发展起来的数字无线电系统是将低频部分采用数字电路,如本振用数字频率合成器、信源编译码和调制解调由专用芯片完成等,而其射频部分和中频部分仍离不开模拟电路。与传统无线电系统相比,软件无线电系统的A/D、D/A变换移到了中频并尽可能地靠近射频端,对整个系统频带进行采样,从中频甚至射频开始就进行数字化处理,即除射频滤波、低噪声放大和功率放大以模拟方式实现外,其余部分包括中频和基带的解调、差错编码、信道均衡等功能均在模数转换后经编程实现。用可编程能力强的DSP器件代替专用的数字电路,使系统硬件结构与功能相对独立,这样就可以基于相对通用的硬件平台,通过软件实现不同的通信功能,并可对工作频率、系统频宽、调制方式、信源编码等进行编程控制,系统灵活性大大增强。

多通道MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)技术最早是由Marconi于1908年提出的，它利用多天线来抑制信道衰落。根据收发两端天线数量，相对于普通的SISO(Single-Input Single-Output)系统，MIMO还可以包括SIMO(Single-Input Multiple-Output)系统和MISO(Multiple-Input Single-Output)系统。由于信道容量随着天线通道数量的增大而线性增大。利用MIMO信道成倍地提高无线信道容量，在不增加带宽和天线发送功率的情况下，频谱利用率可以成倍地提高。利用MIMO技术可以提高信道的容量，同时也可以提高信道的可靠性，降低误码率。

OFDM(正交频分复用)技术是MCM(Multi-Carrier Modulation，多载波调制)的一种。其主要思想是：将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到在每个子信道上进行传输。正交信号可以通过在接收端采用相关技术来分开，这样可以减少子信道之间的相互干扰(ICI)。每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此每个子信道上的可以看成平坦性衰落，从而可以消除符号间干扰。而且由于每个子信道的带宽仅仅是原信道带宽的一小部分，信道均衡变得相对容易。此外，OFDM还易于结合空时编码、分集、干扰抑制及智能天线等技术，最大限度地提高物理层信息传输的可靠性。自从20世纪80年代以来，OFDM已经在数字音频广播、数字视频广播、基于IEEE802.11标准的无线本地局域网(WLAN)中得到应用，其都有效地利用了OFDM技术消除信号多径传播所造成的信道干扰。

多通道MIMO系统在一定程度上可以利用传播中多径分量，能够抗多径衰落，但是对于频率选择性深衰落，多通道MIMO系统依然是无能为力。目前解决多通道MIMO系统中的频率选择性衰落的方案一般是利用OFDM。ODFM由于码率低和加入了时间保护间隔而具有极强的抗多径干扰能力。由于多径时延小于保护间隔，所以系统不受码间干扰的困扰，这就允许单频网络(SFN)可以用于宽带OFDM系统，依靠多通道天线来实现，即采用由大量低功率发射机组成的发射机阵列消除阴影效应，来实现完全覆盖。

针对上面提到的情况以及现实中的需求，本发明人设计了一套基于软件无线电的小型化双通道OFDM通信系统，该系统采用FPGA+DSP架构，外围除了FPGA，DSP工作所需的最小系统电路外，只有一个双通道中频信号的高速AD，两片用于发射中频信号的DA，一个千兆网口芯片和一个负责与其他模块通信的电平转换芯片，所有的控制逻辑及信号处理逻辑在FPGA中编程实现，基带数据处理及协议转换等在DSP中编程实现，这种设计可以大大减小电路的复杂度，提升平台通用性。

发明内容

1、目的：本发明的目的在于提供一种小型化双通道OFDM通信系统及其实现方法，通过硬件编程语言和定点C语言编程实现小型化双通道OFDM通信硬件系统。