CO-OFDM+的+MATLAB+仿真及基带功能的+FPGA+设计

分类号学号M200972862学校代码10487密级硕士学位论文CO-OFDM的MATLAB仿真及基带功能的FPGA设计学位申请人：胡建学科专业：光电信息工程指导教师：罗风光教授答辩日期：2011.12.31ADissertationSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMATLABSimulationofCO-OFDMandFPGADesignofBasebandFunctionCandidate:HuJianMajor:Opto-electronicsInformationEngineeringSupervisor:Prof.LuoFengguangHuazhongUniversityofScience&TechnologyWuhan430074,P.R.ChinaDecember,2011独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本论文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日本论文属于华中科技大学硕士学位论文I摘要正交频分复用（Orthogonalfrequencydivisionmultiplexing,OFDM）近年来被广泛应用在宽带有线和无线通信系统，借助其较高的频谱利用效率，有效对抗符号间干扰(InterSymbolInterference,ISI)，且易于硬件实现等特点，同样在光通信领域具有重要意义，被视为下一代超高速超大容量超长距离光通信十分具有前景的一项技术。本论文根据无线通信协议802.11a，利用FPGA实现OFDM的基带收发功能正常工作，线路速率达到100Mbps，并提出将协议中相关技术移植到光通信的设想，即利用FPGA强大的处理能力，以及MZM高速光学IQ调制将信号处理和传输分别在电域和光域进行。最后通过MATLAB联合仿真，结果表明系统在信噪比只有1dB情况下，误码率小于10-2；当信噪比达到5个dB及以上时，误码率接近零。其中利用FPGA实现的功能包括以下几个方面：(1)加扰/解扰，防止数据流中出现长串的“0”或“1”。(2)卷积编码/Viterbi解码，用于系统纠错。(3)交织/解交织，用于将突发错误转化为随机错误，有利于译码纠错。(4)QAM映射/解映射，将数据进行矢量调制，便于进行IFFT/FFT。(5)IFFT/FFT,利用FFT算法实现数据的OFDM调制。(6)时域和频域的各种同步模块,参照802.11a协议，实现了OFDM接收机同步，包括分组同步，载波同步，符号同步，信道估计与均衡，采样频率同步，剩余相位跟踪。关键词：相干光正交频分复用802.11aOFDM同步基带信道估计华中科技大学硕士学位论文IIAbstractOrthogonalfrequcncydivisionmultiplexing(OFDM)recentlyhasbeenwidelyappliedinbroadbandwiredandwirelesscommunicationsystem.Withitshighspectrumefficiency,effectiveresistanceofISI,andeasytorealizedbyhardware,OFDMisalsosignificantinopticalcommucationfield,andhasbeenaverypromisingtechniqueforUltra-highspeed，Ultra-highcapacity，Ultra-longhaulopticalcommunication.Thisthesis,withthereferenceofwirelessprotocol802.11a，implementedOFDMbasebandtranceiverfunctionwithFPGA,linerateupto100Mbps,andproposedtotransplantrelevanttechniquetoopticalcommunicationfield,thatis,usingpowerfulprocessingcapacityofFPGAandMZMhighspeedopticalIQmodulation,tocompletesignalhandlinginelectricalfield,andtransmittinginopticalfield.ThenusedMATLABtosimulatethesystem.TheresultshowsthatBERkeepslowerthan10-2whenSNRishigherthan1dB;whileBERfallsnearzerowhenSNRishighthan5dB.ThefollowingareimplementedbyFPGA:(1)Scrambler/Descrambler,toavoidlongsequenceof‘0’or‘1’indata.(2)Convolutionalencoding/Viterbidecoding，usedforerrorcorrection.(3)Interweave/Deinterweave,transformingbursterrortorandomerror,whichmakestheperformanceoferrorcorrectiondecodingbetter.(4)QAMmapping/demapping,modulatesdatawithvectormethod,andpreparesthedataforIFFT/FFTmodule.(5)IFFT/FFT,usingFFTalgorithmtocompleteOFDMmodulationofdata.(6)Time/frequencydomainsynchronization,withreferenceof802.11aprotocol，implementingframesync,carrierfrequencysync,symbolsync,channelestimationandequalization,samplingfrequencysync,phasetrack.Keywords:CO-OFDM802.11aOFDMsyncBasebandChannelestimation华中科技大学硕士学位论文III目录摘要..................................................................................................................IAbstract................................................................................................................II1绪论1.1前言..........................................................................................................(1)1.2国内外概况..............................................................................................(1)1.3论文工作..................................................................................................(4)2CO-OFDM理论分析2.1OFDM调制原理......................................................................................(5)2.2相干光正交频分复用(CO-OFDM)介绍...............................................(10)2.3本章小结................................................................................................(11)3CO-OFDM系统结构设计3.1电域处理部分结构设计........................................................................(12)3.2电/光转换以及光纤传输部分结构设计...............................................(13)3.3CO-OFDM系统优缺点.........................................................................(13)3.4本章小结................................................................................................(14)4基本收发功能的FPGA设计仿真4.1基带收发系统总体架构........................................................................(15)4.2工作时钟生成模块................................................................................(16)4.3长(短)训练序列生成模块.....................................................................(17)4.4Signal和Data符号生成.......................................................................(18)4.5扰码（解扰）模块................................................................................(20)华中科技大学硕士学位论文IV4.6信道编码和Viterbi解码.......................................................................(22)4.7交织和解交织........................................................................................(27)4.816QAM调制和解调............................................................