摘 要

随着互联网的全球普及所带来的音视频及数字通讯技术的发展、各种新型多媒体业务的不断涌现，大家对作为通讯行业新兴领域的无线通信寄予了更高的期望。高容量、高速率传输已经成为无线通信网络的必然要求。然而当今无线通信中可用的频谱资源越来越短缺，频谱资源利用率远低于理论极限值值。针对提高频谱利用率这一问题，研究者们提出了正交频分复用技术，它具有良好的抗多径效应而且能够有效地提高频谱利用率，如今已在数字音频广播、数字电视、无线局域网以及第四代移动通信中广泛应用。

本设计主要工作是围绕着OFDM通信系统的SDR平台搭建而展开的，本文先详细介绍了SDR（软件无线电）技术、USRP软件无线电硬件平台以及软件无线电的软件开发环境GNU Radio；接着介绍了OFDM系统的基本原理、关键技术、保护间隔和循环前缀，着重介绍了关键技术中的同步技术以及在我们的OFDM系统中使用的同步算法以及LDPC编码及其BP译码算法；又介绍了本设计中OFDM通信系统在USRP软件无线电硬件设备和软件开发平台GNU Radio上的实现过程，完成了整个OFDM系统的搭建；最后对我们的实验结果做了定时同步、子帧同步、信道估计以及解调的测试；实验结果表明我们的系统能在信噪比大于3dB的情况下正常的工作。

关键字：软件无线电 正交频分复用 同步技术 信道编码

Abstract

With the global popularity of the Internet，the development of audio, video and digital communications technology are emerging. Higher expectations were given to wireless communications technology in communications industry .However, the available spectrum resources are fewer and fewer .But the utilization of spectrum resources is extremely low. Therefore, how to make full use of spectrum resources for wireless communication has become a hot issue. Orthogonal Frequency Division Multiplexing technology with its Anti-multipath effect and high frequency spectrum utilization advantages has become one of the core technology of mobile communication systems, has been in digital audio broadcasting , digital television, WLAN and the 4G mobile communication widely used.

This paper mainly studies OFDM communication system which using USRP software defined radio platform technology to implement. First this paper introduces the software defined radio technology, USRP software defined radio platform and development environment GNU Radio of USRP in detail, then this paper introduces the basic principles of OFDM systems, the key technologies, the guard interval and cyclic prefix, emphasizes the synchronous technology of key technology and the synchronization algorithm used in our OFDM system, after that this paper has a brief introduction to LDPC code and its BP decoding algorithm, then this paper describes the OFDM communication system implementation process on USRP software radio platform, completing the OFDM communication systems’ building, in the end, this paper provides the detailed experimental results, it shows that our system can be normally work in the case of mare than 3dB SNR.

Key Words : SDR, OFDM, synchronization technology, channel encoding

目录

第1章 绪论 3

1.1研究背景与研究意义 3

1.2国内外研究现状 4

1.3本文研究内容 4

第2章 软件无线电软硬件开发平台及OFDM简介 6

2.1 USRP软件无线电平台简介 6

2.1.1基于软件无线电的通信系统设计思路 6

2.1.2软件无线电硬件平台USRP 6

2.1.3 USRP硬件电路原理 6

2.2 GNU Radio简介 8

2.2.1GNU Radio 的基本知识 8

2.2.2GNU Radio安装 8

2.2.3GRC的使用简介 10

2.2.4如何开发自己的信号处理模块 11

2.2.5USRP硬件平台的测试 13

2.3 OFDM系统及其基本原理 16

2.3.1OFDM系统介绍 16

2.3.2OFDM系统的基本原理 16

2.3.3OFDM系统中的技术难点 18

2.3.4基于训练符号的OFDM同步算法 20

2.3.5LDPC纠错编码与BP译码 21

第3章OFDM系统在USRP上的实现 25

3.1系统结构 25

3.2参数的选择 26

3.3发射端系统 26

3.4接收端系统 27

第4章 测试条件和实验结果 28

4.1测试条件 28

4.2实验结果 28

第5章 总结与展望 32

参考文献 33

致 谢 35

绪论

研究背景与研究意义

(1)软件无线电的发展

就像有些学者提到的，软件无线电可以称作是无线电工程的现代化方法。这种现代化表现在他是无线电工程中的一种创新、一种发展趋势，更是体现了一种新的设计思想。

软件无线电的概念诞生于二十世纪八九十年代，其发展分为软件的发展和硬件的发展。

在软件无线电软件的发展历程中，研究这么传造出了完整的通信理论体系，并利用计算机技术将理论中的设计完成或仿真，使得二者能够有机融合在一起。从硬件方面来看，上世纪中通过离散模拟器件所搭建的通信系统越来越少见，主要原因是半导体技术掀起了电子技术创新的新浪潮，通信系统中传统的模拟器件被高性能、低价格、体积小的数字芯片所代替，而且半导体随着技术的发展，硅片可实现的计算能力将会更加强大、体积将会更小、功耗也将会更低，这些优点都是独立模拟器件所无法企及的。

(2)OFDM的发展

目前，随着网络的全球普及所带来的通信技术的发展、各种新型通信业务不断出现在人们的视线中，他改变着人们的生活习惯提高着人们的生活质量，同时人们对高容量、高速率传输的无线通信网络也有了更高的需求。然而当今通信领域的一个重要问题就是频谱资源利用率很低，而且频谱资源非常稀缺。所以，研究者们遇到的主要挑战就是如何有效地提高频谱利用率使得人们获得更好的用户体验，而该挑战中一个巨大的技术难点就是无线信道自身所伴随着的多径衰落。我们在通信原理中可以了解到，如果我们发送一个信号，该信号的数据传输速率要大于传输信道的想干带宽，那么传输过程中将会出现码间串扰的现象，进而导致传输过程中伴随着较高的误码率。