基于GNURado平台的OFDM通信体制基带信号的设计答辩课件.ppt

1、毕业设计论文答辩毕业设计论文答辩 题目：基于GNU Radio平台的OFDM 通信体制基带信号的设计 学生姓名：所在院系：信息学院 所在专业：电子信息工程 学生学号：指导老师：老师2022-9-291信息学院2022-9-29哈工大（威海）信息学院2主要完成内容主要完成内容知识准备：知识准备：运行系统运行系统linux的熟悉的熟悉 脚本编程语言脚本编程语言Python C+的熟练掌握的熟练掌握 OFDM原理的学习与熟练掌握原理的学习与熟练掌握设计内容：设计内容：根据要求设计根据要求设计OFDM基带信号的各项参数基带信号的各项参数 按照设计要求以及按照设计要求以及OFDM设计程序设计程序 按照设

2、定好的参数运行程序并测定其频谱特性按照设定好的参数运行程序并测定其频谱特性2022-9-29哈工大（威海）信息学院3OFDMOFDM的核心思想的核心思想 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)即即正交频分复用技术，多载波调制的一种，但在性能上有着相正交频分复用技术，多载波调制的一种，但在性能上有着相当大的提升。当大的提升。核心思想：将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号核心思想：将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到在每个子信道上进行传转换成并行的低速子数据流，调制到在每个子信道上进行传输。输。202

3、2-9-29哈工大（威海）信息学院4下半部分对应于接收机链路下半部分对应于接收机链路上半部分对应于发射机链路上半部分对应于发射机链路OFDM系统收发机的典型框图系统收发机的典型框图OFDMOFDM的核心思想的核心思想2022-9-29哈工大（威海）信息学院5软件无线电平台三个组成部分：软件无线电平台三个组成部分：USRP：来源于来源于GNU Radio，其设计旨在使普通计算机能，其设计旨在使普通计算机能像高带宽的软件无线电设备一样工作。从本质上讲，像高带宽的软件无线电设备一样工作。从本质上讲，它充当一个无线电通讯系统的数字基带和中频部分。它充当一个无线电通讯系统的数字基带和中频部分。GNU R

4、adio在主机在主机CPU中，由中，由GNU Radio软件完成所有波形相关软件完成所有波形相关的处理，比如调制和解调的处理，比如调制和解调软件无线电平台2022-9-29哈工大（威海）信息学院6软件无线电平台 GNU Radio 的软件部分由的软件部分由双重结构双重结构组成。所有性组成。所有性能相关的信号处理模块用能相关的信号处理模块用C+语言编写，而高级的组织，语言编写，而高级的组织，非性能相关的模块，连接和粘合操作都由非性能相关的模块，连接和粘合操作都由Python 实现。实现。C+向向Python提供功能模块，而提供功能模块，而Python则无需关则无需关注注C+信号处理模块中的执行细

5、节，只需关注必要的接信号处理模块中的执行细节，只需关注必要的接口和函数的调用。口和函数的调用。Python 要做的就是选择合适的信源，信宿和处理要做的就是选择合适的信源，信宿和处理模块，设置正确的参数，然后将它们连接起来形成模块，设置正确的参数，然后将它们连接起来形成流图流图，便是一个完整的应用程序。便是一个完整的应用程序。2022-9-29哈工大（威海）信息学院7OFDM基带信号的设计OFDM发射系统基本框图发射系统基本框图PythonPython应用程序流程图应用程序流程图2022-9-29哈工大（威海）信息学院8 想要知道想要知道GNU Radio信号处理流程，可以查看其流程图信号处理流

6、程，可以查看其流程图粘合语句，如粘合语句，如ofdm_mod所示：所示：完成前导序列的插入，完成前导序列的插入，I、Q两路信号分别进行两路信号分别进行self.connect(self._pkt_input,0),(self.preambles,0)self.connect(self._pkt_input,1),(self.preambles,1)依次经过依次经过IFFT，插入循环前缀，幅度调整等所有操作，插入循环前缀，幅度调整等所有操作self.connect(self.preambles,self.ifft,self.cp_adder,self.scale,self)OFDM基带信号的设计

7、2022-9-29哈工大（威海）信息学院9 首先经过首先经过send_pkt 函数，调用函数，调用ofdm_packet_utils中中的的make_pkt来完成来完成MAC包打包过程。包打包过程。然后调用然后调用self._pkt_input.msgq().insert_tail(msg)，MAC 包被放进一个队列包被放进一个队列 后面的后面的ofdm_mapper_bcv 模块从队列中取出数据包，模块从队列中取出数据包，根据根据OFDM 调制的参数映射成一个个调制的参数映射成一个个OFDM symbol，再，再送到后续模块，添加送到后续模块，添加preamble，IFFT 变换，添加变换，

8、添加cyclic prefixer，最后调整幅度，发送出去。，最后调整幅度，发送出去。OFDM基带信号的设计详细处理过程：详细处理过程：2022-9-29哈工大（威海）信息学院10OFDM基带信号的设计 python脚本文件：脚本文件：benchmark_ofdm_tx.py 涉及到的脚本文件：涉及到的脚本文件：Ofdm.py：ofdm调制的主要程序调制的主要程序 Psk.py：数字调制中的数字调制中的psk程序文件程序文件 Qam.py：数字调制中的数字调制中的qam程序文件程序文件 Transmit_path.py：数据发送的主要程序文件：数据发送的主要程序文件 Fusb_options.

9、py：添加：添加usb命令行参数选择命令行参数选择 Pick_bitrate.py：与比特数率相关的：与比特数率相关的 Ofdm_packet_utils.py：ofdm数据打包数据打包2022-9-29哈工大（威海）信息学院11OFDM基带信号的设计 主要函数及功能：主要函数及功能：gr.ofdm_mapper_bcv()：比特流映射到星座图上：比特流映射到星座图上 gr.fdm_insert_preamble()：插入训练序列：插入训练序列 gr.fft_vcc()：进行：进行ifft变换变换 gr.ofdm_cyclic_prefixer()：插入循环前缀：插入循环前缀 gr.multi

10、ply_const_cc()：进行幅度控制：进行幅度控制2022-9-29哈工大（威海）信息学院12OFDM基带信号的设计主要运行参数及意义：主要运行参数及意义：-f freq tx-freq:中心频率中心频率 -m、-modulation:数字调制方式数字调制方式 -fft-length:ifft变换长度变换长度 -occupied-tones:有效子载波个数有效子载波个数 -V verbose:是否输出调制信息是否输出调制信息 -T tx-subdev-spec:进行子板的设定进行子板的设定 -cp-length:循环前缀长度循环前缀长度 -i interp:插值速率插值速率 -tx-am

11、plitude:幅度调节幅度调节 -log:中间数据记录中间数据记录 -bitrate 比特速率比特速率2022-9-29哈工大（威海）信息学院13OFDM基本参数的选择 首先确定：带宽，比特率及保护间隔首先确定：带宽，比特率及保护间隔 OFDM符号周期长度一般为保护间隔的符号周期长度一般为保护间隔的5倍倍 子载波间隔是子载波间隔是ofdm符号周期的倒数符号周期的倒数 子载波数量可由子载波数量可由-3dB带宽除以子载波间隔获得带宽除以子载波间隔获得 在在FFT/IFFT运算时间内的抽样数量必须是整数运算时间内的抽样数量必须是整数2022-9-29哈工大（威海）信息学院14OFDM基带信号的设计

12、 默认：带宽为默认：带宽为222kHZ 当改变调制方式为当改变调制方式为QPSK，并且保持比特速率不变，带宽减半，并且保持比特速率不变，带宽减半为为110KHz fft-length=1024：带宽为：带宽为110kHz影响了比特率，使其减半影响了比特率，使其减半 fft-length=1024，occupied-tones=400：带宽为：带宽为222kHz有效子载波个数影响实际带宽有效子载波个数影响实际带宽 fft-length=512，occupied-tones=512：带宽：带宽 500kHz，但是，但是频谱边缘变得不理想频谱边缘变得不理想 fft-length=512，occupi

13、ed-tones=16：带宽非常小，以至于：带宽非常小，以至于难以测量难以测量 cp-length变化时：带宽不变，因为不影响频谱结构变化时：带宽不变，因为不影响频谱结构2022-9-29哈工大（威海）信息学院15OFDM基带信号的设计21B=logcNRbNMNN带宽计算公式：带宽计算公式：其中：其中：Rb比特速率比特速率 傅里叶变换长度傅里叶变换长度N，与带宽成反比，与带宽成反比 调制方式的改变对应调制方式的改变对应M的变化，能够影响带宽的变化，能够影响带宽 是有效子载波个数是有效子载波个数 部分数据会影响到比特速率，所以我们需要根据影部分数据会影响到比特速率，所以我们需要根据影响之后的上述参数来计算带宽响之后的上述参数来计算带宽 计算所得带宽与实际所测带宽基本吻合计算所得带宽与实际所测带宽基本吻合cN2022-9-29哈工大（威海）信息学院16OFDM基带信号的设计2022-9-29哈工大（威海）信息学院17OFDM基带信号的设计2022-9-29哈工大（威海）信息学院18THANK YOU!THE END!