基于OFDM扩频通信技术的算法研究与实现

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现代无线信道具有多径传输和频谱资源有限及其无时无刻受到干扰影响等特性,一方面需要抗衰落能力强和频谱利用率高等优点的正交频分复用(OrthogonalFrequency Division Multiplexing,OFDM)技术,另一方面需要抗干扰能力强和保密性好等优点的扩频技术。因此,将OFDM技术与扩频技术相结合是一种很好的技术选择方案,其不仅使系统的抗衰落能力和频谱利用率得到大大的提高,而且使系统的抗干扰能力得到提高。基于此,本文对基于OFDM扩频通信技术的关键算法进行研究。并且利用无线电开发平台(Soft Defined Radio DevelopmentPlatform,SDR DP),这个基于模型的开发平台,硬件实现了基于OFDM扩频通信系统。本论文可以分为以下几个部分:第一部分分析了几种OFDM技术与扩频技术相结合的技术方案:基于OFDM的频域扩频技术,基于OFDM的时域扩频技术,基于OFDM的时频二维扩频技术,比较了不同技术方案的性能。基于OFDM的频域扩频具有很好的抗多径衰落和抗干扰能力,以及复杂度更低等优点。本文选择基于OFDM的频域扩频技术方案做重点研究。第二部分给出了基于OFDM的频域扩频系统模型,研究了基于OFDM频域扩频的关键算法,重点分析了信道估计技术。理论分析了不同信道估计算法(LS算法、变换域和MMSE)的性能和复杂度,MMSE算法虽然性能最好,但复杂度太高,本文未对其深入分析。仿真分析了LS与变换域信道估计算法的性能,变换域信道估计对信号能量集中点外的噪声进行了置零处理,从而减小了系统噪声,提高了估计性能,所以变换域信道估计的性能优于LS信道估计。同时仿真分析了不同插值算法下,系统的性能。最后在算法的性能与复杂度之间折中,选取线性内插算法这种插值算法作为系统的硬件实现算法。同时,仿真分析了系统在干扰下的性能。第三部分在SDR平台上,完成了基于OFDM频域扩频系统的硬件实现。给出了收发链路的关键模块,并且对重要的模块(信道估计模块等)进行测试,分析其测试的性能及结果。在分析系统链路时,重点分析了系统时序。最后分析在实现过程中遇见的问题以及处理问题的方法。最后完成了基于OFDM频域扩频硬件系统的性能测试,测试系统在中频和射频噪声下的误码率性能,测试结果表明,硬件系统与理论性能接近,能够达到比较好的性能。
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