《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于NI技術(shù)的OFDM發(fā)射接收系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
國(guó)家廣播電影電視總局
邸娜
摘要: 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),。
Abstract:
Key words :
</a><挑戰(zhàn):OFDM" title="OFDM">OFDM" title="OFDM">OFDM" title="OFDM">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)的研制和開發(fā)無(wú)論在軟件算法的編寫,,還是硬件電路平臺(tái)的搭建,,都需要大量的人員和開銷,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,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:

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

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,。

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