基于OFDM技術(shù)的無線調(diào)制解調(diào)器DSP算法實(shí)現(xiàn)分析

寧巧嬌　吳良金　趙思遠(yuǎn)

摘 要：在新媒體時代下，人們在“上網(wǎng)沖浪”以及下載、瀏覽各種影音視頻時會產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨蟆５诋?dāng)前高速無線通信中，無線通信頻率資源相對有限，且信道往往存在多徑衰落的情況，使得數(shù)據(jù)通信傳輸受到一定影響。可引入正交頻分復(fù)用（OFDM）技術(shù)，實(shí)現(xiàn)頻率的充分使用，有效對抗多徑衰落。文章將結(jié)合相關(guān)研究資料，對OFDM技術(shù)的基本內(nèi)涵進(jìn)行簡要說明，重點(diǎn)針對基于OFDM技術(shù)的無線調(diào)制解調(diào)器DSP算法的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行簡要分析。

關(guān)鍵詞：OFDM技術(shù);無線調(diào)制解調(diào)器;DSP算法

在我國無線通信傳輸技術(shù)的持續(xù)發(fā)展下，國內(nèi)外先后有許多研究人員開始加大對正交頻分復(fù)用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）技術(shù)的關(guān)注和研究力度，并已經(jīng)取得一定的進(jìn)展。目前，我國基于OFDM技術(shù)的無線調(diào)制解調(diào)器數(shù)字信號處理（Digital Signal Processing，DSP）算法實(shí)現(xiàn)方面的研究還相對較少，本研究在為深入了解OFDM技術(shù)提供相應(yīng)參考的同時，有效豐富該領(lǐng)域的理論研究。

1 ? ?OFDM技術(shù)的簡要概述

OFDM技術(shù)本質(zhì)是高速傳輸技術(shù)，基于無線環(huán)境背景，將所給信道在頻域當(dāng)中進(jìn)行分解，使之成為若干正交子信道。各子信道在調(diào)制時均需要使用一個相對應(yīng)的載波，各子載波之間并行傳輸。雖然在OFDM技術(shù)中，總信道并非完全平坦，具有明顯的頻率選擇性，但是相對而言，各子信道平坦性較好，且在窄帶傳輸下，可對信號帶寬進(jìn)行有效控制，從而有效避免數(shù)據(jù)傳輸時符號之間出現(xiàn)相互干擾的情況[1]。本研究在使用該技術(shù)進(jìn)行無線調(diào)制解調(diào)器DSP算法實(shí)現(xiàn)中，選用專業(yè)的DSP芯片，有效加快了數(shù)字信號的處理速度，并提高其處理結(jié)果的精準(zhǔn)度。

2 ? ?基于OFDM技術(shù)的無線調(diào)制解調(diào)器DSP算法實(shí)現(xiàn)分析

2.1 ?卷積交織/去交織

在OFDM技術(shù)下，無線調(diào)制解調(diào)器實(shí)現(xiàn)卷積交織/去交織的硬件功能時，通過運(yùn)用C25，可有效避免硬件資源浪費(fèi)、功能實(shí)現(xiàn)速度緩慢、占用過多時間等情況的出現(xiàn)。在硬件功能的DSP實(shí)現(xiàn)中，考慮到卷積交織/去交織的周期執(zhí)行，基本交由B排移位寄存器負(fù)責(zé)。因此，首先，需要確定卷積交織/去交織中存儲空間最小的S，確定其與交織參數(shù)M和B之間的關(guān)聯(lián)性。其次，在確定最小存儲空間的前提下，還需要根據(jù)卷積交織與去交織過程中數(shù)據(jù)存儲至存儲空間時采用的相關(guān)規(guī)律，即序列在存儲至相應(yīng)空間時，其具體存儲位置P和序號C之間的關(guān)聯(lián)性[2]。序列在存入存儲空間至取出時完成卷積交織/去交織變換。具體來說，基于OFDM技術(shù)的無線調(diào)制解調(diào)器在卷積交織/去交織的DSP算法實(shí)現(xiàn)中，首先，需要根據(jù)相關(guān)算法要求，規(guī)范設(shè)置交織常數(shù)M與B。在啟動算法程序后需要對變量存儲區(qū)C進(jìn)行初始化處理，而后依次對MB，MB+1，MB×B以及最小存儲空間S進(jìn)行準(zhǔn)確計算。最后，根據(jù)計算結(jié)果對卷積交織/去交織程序進(jìn)行合理調(diào)用即可。

2.2 ?解調(diào)器FFT算法

反向快速傅里葉變換（Inverse Fast Fourier Transform，IFFT）負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)編碼正交頻分復(fù)用（Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing，COFDM）系統(tǒng)當(dāng)中的OFDM調(diào)制，在抽樣速率達(dá)到8 kHz時，碼元有效長度直接取決于IFFT點(diǎn)數(shù)。當(dāng)IFFT點(diǎn)數(shù)較大時，對應(yīng)的碼元有效長度也相對較長，此時，其具有良好的抗摔落性能與脈沖噪聲性能。但考慮到收發(fā)信機(jī)抽樣時鐘有一定頻率偏差，當(dāng)該偏差值較大時，無線調(diào)制解調(diào)器在運(yùn)行時容易出現(xiàn)子信道串?dāng)_的情況，而影響整體數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量。因此，本研究通過結(jié)合相關(guān)資料，選擇將IFFT點(diǎn)數(shù)設(shè)定為512，此時其對應(yīng)的碼元有效長度約為64 ms，收發(fā)抽樣時鐘的頻率偏差可有效控制在0.2 Hz以內(nèi)。在開始Viterbi譯碼之前，需先進(jìn)行COFDM信號的快速傅里葉變換（Fast Fourier Transform，F(xiàn)FT）變換，使得編碼信號得以重新恢復(fù)。在此過程中，可以使用專門應(yīng)用于實(shí)數(shù)序列的FFT算法，在對IFFT點(diǎn)數(shù)為512的實(shí)數(shù)序列進(jìn)行運(yùn)算時，需要使用相對應(yīng)的256點(diǎn)的FFT。根據(jù)計算得到的子序列頻譜，進(jìn)一步推導(dǎo)計算出原序列頻譜。利用FFT算法，一方面可有效避免存儲器中的大量存儲空間資源被浪費(fèi)，另一方面也有助于加快運(yùn)算速度。

2.3 ?Viterbi譯碼算法

在量化輸入信號中，通常會選擇使用軟判決維特比譯碼，判據(jù)則使用歐式距離，對假設(shè)路徑距離接收信號的距離值進(jìn)行準(zhǔn)確計算。根據(jù)具體計算結(jié)果對幸存路徑進(jìn)行合理選擇，從而有效完成譯碼。以TCM-16QAM編碼調(diào)制為例，該譯碼在DSP實(shí)現(xiàn)中，無線調(diào)制解調(diào)器所使用的存儲單元共有3個。在完成初始化后，需要分別對局部與累積碼距進(jìn)行計算，對二者進(jìn)行比較分析并及時更新累積碼距后，需進(jìn)入至存儲狀態(tài)轉(zhuǎn)移表中。此時，需要對一幀結(jié)束與否進(jìn)行判斷，如果其尚未結(jié)束則需要重新進(jìn)入局部與累積碼距的計算環(huán)節(jié)，直至一幀徹底結(jié)束。此時，對反向跟蹤子程序進(jìn)行調(diào)用，并以倒序形式完成數(shù)據(jù)的輸出即可。在進(jìn)入反向跟蹤子程序流程中時，首先，需要對比最終狀態(tài)累積碼距，以此為基礎(chǔ)對幸存路徑進(jìn)行有效明確[3]。其次，調(diào)用狀態(tài)轉(zhuǎn)移表，對前一級狀態(tài)進(jìn)行明確，再輸出3比特數(shù)據(jù)，對跟蹤結(jié)束與否進(jìn)行準(zhǔn)確判斷即可。跟蹤結(jié)束即可返回，若跟蹤未結(jié)束，則需要重新對狀態(tài)轉(zhuǎn)移表進(jìn)行調(diào)用，并再次對前一級狀態(tài)重新確定。

3 ? ?結(jié)語

在基于OFDM技術(shù)的無線調(diào)制解調(diào)器DSP算法實(shí)現(xiàn)中，相關(guān)工作人員需要在充分結(jié)合實(shí)際情況、合理選用DSP芯片的基礎(chǔ)上，靈活運(yùn)用FFT與IFFT算法以及卷積交織/去交織等技術(shù)，將Viterbi軟判決譯碼科學(xué)應(yīng)用在解調(diào)端處，以有效增強(qiáng)系統(tǒng)抗多徑衰落性能，進(jìn)一步提升數(shù)字信號及數(shù)據(jù)傳輸與處理的質(zhì)量。

[參考文獻(xiàn)]

[1]楊堅.對光纖通信系統(tǒng)中OFDM技術(shù)應(yīng)用的幾點(diǎn)探討[J].技術(shù)與市場，2020（1）：158，160.

[2]楊桃. 彈性城域光網(wǎng)絡(luò)中相干接收DSP算法研究[D].北京：北京郵電大學(xué)，2019.

[3]陳靜，任翠池，李漢挺.多衛(wèi)星天線的通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建策略[J].電子技術(shù)與軟件工程，2019（1）：45.

作者簡介：寧巧嬌（1992— ），女，漢族，廣西欽州人，助理工程師，碩士;研究方向：通信。