用NI技術(shù)設(shè)計(jì)的OFDM發(fā)射接收系統(tǒng)

OFDM是一種多載波的數(shù)字傳輸體制，以其特有的優(yōu)勢(shì)被廣泛地應(yīng)用到數(shù)字音頻廣播，數(shù)字電視廣播和無(wú)線寬帶等領(lǐng)域，并將進(jìn)入到更多的領(lǐng)域中。對(duì)OFDM系統(tǒng)的仿真可以用軟件完成，但是對(duì)于硬件平臺(tái)的搭建往往需要大量的開(kāi)銷和時(shí)間。針對(duì)這種情況，如果具備一套軟件仿真代碼移植方便且硬件平臺(tái)搭建便捷的系統(tǒng)，可以極大地縮短OFDM系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)周期，才能在標(biāo)準(zhǔn)層出不窮的今天具有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

應(yīng)用方案：基于NI虛擬儀器之PXI5671上變頻卡、PXI5661下變頻卡和Labwindows/CVI8.5正版軟件實(shí)現(xiàn)OFDM發(fā)射機(jī)與接收機(jī)的樣機(jī)。

　　使用產(chǎn)品：

　　LabWindows/CVI8.5 軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái);PXI5671(PXI5441+PXI561);PXI5441 中頻輸出卡;PXI5610 射頻輸出卡;PXI5661(PXI5600+PXI5142);PXI5600 射頻接收卡;PXI5142 下變頻卡。

　　介紹：

　　OFDM是一種多載波的數(shù)字傳輸體制，由于具有頻譜利用率高和良好的抗多徑干擾等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到數(shù)字音頻廣播，數(shù)字地面電視和無(wú)線局域網(wǎng)等領(lǐng)域，并且被看作第四代移動(dòng)通信的核心技術(shù)之一。但是對(duì)OFDM樣機(jī)的研制和開(kāi)發(fā)無(wú)論在軟件算法的編寫(xiě)，還是硬件電路平臺(tái)的搭建，都需要大量的人員和開(kāi)銷，且存在較高的風(fēng)險(xiǎn)。本文提出一種基于NI平臺(tái)的OFDM實(shí)時(shí)收發(fā)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，即在CVI軟件仿真平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)OFDM符號(hào)的數(shù)字基帶處理算法的編寫(xiě)，用NI PXI5671和NI PXI5661實(shí)現(xiàn)OFDM射頻模擬信號(hào)的發(fā)射與接收。對(duì)OFDM系統(tǒng)進(jìn)行有效的驗(yàn)證，為今后大規(guī)模芯片生產(chǎn)提供了可靠的解決方案和理論指導(dǎo)。

　　OFDM系統(tǒng)簡(jiǎn)介

　　正交頻分復(fù)用(OFDM，OrthogonalFrequency Division Multiplexing)是把高速串行數(shù)據(jù)分成多條并行的低速數(shù)據(jù)，分別對(duì)多個(gè)正交子載波進(jìn)行調(diào)制，從而達(dá)到更高的頻譜效率、更大的系統(tǒng)容量，并且符號(hào)持續(xù)時(shí)間大大加長(zhǎng)，在移動(dòng)、多徑、衰落環(huán)境下有很大的優(yōu)勢(shì)。

　　本系統(tǒng)的主要功能是用前端的USB設(shè)備對(duì)聲音信號(hào)進(jìn)行采集、處理，調(diào)制到OFDM符號(hào)中，并上變頻到射頻信號(hào)發(fā)射。收端將接收到的射頻信號(hào)進(jìn)行下變頻處理得到數(shù)字信號(hào)，并解出音頻幀由USB設(shè)備播放。發(fā)端系統(tǒng)的基帶數(shù)據(jù)處理部分主要包括信源編碼、FEC、映射、OFDM成幀，硬件平臺(tái)的處理部分包括數(shù)字上變頻和射頻調(diào)制等。接收系統(tǒng)的基帶處理部分要主要包括同步、均衡、解映射、解FEC、音頻譯碼等，硬件平臺(tái)的處理部分包括射頻解調(diào)和數(shù)字下變頻。

　　OFDM系統(tǒng)硬件平臺(tái)架構(gòu)

　　整個(gè)系統(tǒng)由兩臺(tái)NI主機(jī)，兩個(gè)USB聲卡設(shè)備，兩臺(tái)顯示器，一臺(tái)安杰倫頻譜儀4440A組成，如圖1所示：

　　圖1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

　　首先由發(fā)端的USB設(shè)備對(duì)輸入的聲音信號(hào)進(jìn)行采樣，樣點(diǎn)送入NI主機(jī)，然后在發(fā)端的上層軟件中編寫(xiě)OFDM基帶處理等算法，生成的OFDM基帶數(shù)據(jù)輸出到PXI5671上變頻到中心頻率為10MHz的射頻信號(hào)。PXI5671由兩塊可分離的板卡PXI5441和PXI5610組成，其中PXI5441分為板卡RAM模塊和OSP(onboard signal process,板卡數(shù)字信號(hào)處理)模塊，板卡RAM模塊負(fù)責(zé)主機(jī)和PXI板卡間的數(shù)據(jù)傳遞，OSP模塊可對(duì)信號(hào)進(jìn)行重采樣濾波，數(shù)字上變頻和DA轉(zhuǎn)換等。PXI5610為射頻板卡，經(jīng)過(guò)兩級(jí)混頻放大濾波可將PXI5441輸出的模擬IF信號(hào)調(diào)制到范圍為250KHz-2.7GHz的射頻信號(hào)。收端由PXI5661對(duì)輸入的射頻信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，下變頻到數(shù)字基帶信號(hào)，并輸出到NI主機(jī)上。PXI5661同樣由兩塊分離的板卡PXI5600和PXI5142組成。PXI5661完成射頻信號(hào)到中頻信號(hào)的轉(zhuǎn)換，PXI5142的兩個(gè)模塊OSP模塊和板卡RAM模塊，分別完成AD采樣、數(shù)字下變頻、重采樣濾波和主機(jī)與PXI板卡數(shù)據(jù)傳遞等功能，最后由收端的軟件上層算法解出音頻信號(hào)輸出給USB聲卡播放。無(wú)論收端還是發(fā)端系統(tǒng)，上層軟件算法產(chǎn)生的數(shù)據(jù)和PXI板卡的數(shù)據(jù)交互需要由主機(jī)內(nèi)存和板卡RAM來(lái)完成，其中DMA控制主機(jī)內(nèi)存和板卡RAM間的數(shù)據(jù)傳遞，最大可達(dá)到1Gbytes/s的數(shù)據(jù)吞吐量。板卡RAM采用的是一種SMC(Synchronization and Memory Core)技術(shù)，該技術(shù)無(wú)須將指令和數(shù)據(jù)分開(kāi)存儲(chǔ)，RAM中的FPGA模塊不但能處理上層軟件產(chǎn)生的所有指令，對(duì)OSP各模塊進(jìn)行配置，而且能對(duì)數(shù)據(jù)流進(jìn)行緩存，最后由OSP的讀取引擎，并以上層軟件中所設(shè)的IQ速率讀取數(shù)據(jù)，送入OSP中進(jìn)行重采樣、濾波、變頻等處理。

　　基帶處理算法的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　基帶處理算法的實(shí)現(xiàn)是基于LabWndows/CVI8.5的軟件平臺(tái)，它是一個(gè)交互式開(kāi)發(fā)平臺(tái)，集成了標(biāo)準(zhǔn)C的編譯、鏈接、調(diào)試等，并且采用簡(jiǎn)單直觀的用戶界面設(shè)計(jì)，用戶只需在函數(shù)面板上直接輸入?yún)?shù)，就會(huì)以事件驅(qū)動(dòng)回調(diào)函數(shù)的方式運(yùn)行整個(gè)程序，并可以將數(shù)據(jù)以圖形的形式在界面上顯示，提高了整個(gè)工程的運(yùn)行效率。圖2為本系統(tǒng)發(fā)端和收端的應(yīng)用界面。

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