基于OFDM技术的窄带移动视频传输系统的设计与仿真

论文摘要

在移动通信中,受无线移动通信信道多径衰落特性的影响,数据在传输的过程中会产生严重的符号间干扰（ISI）,而正交频分复用（OFDM）技术作为一种多载波调制技术具有优良的抗多径衰落特性,同时还具有高带宽利用率,可以节省无线信道宝贵的频谱资源。因此,其在移动通信领域得到了越来越多的应用,如欧洲的数字视频广播（DVB）和数字音频广播（DAB）等。本文首先对正交频分复用技术的基本理论知识和技术特点进行了全面剖析,并从理论上分析了其中的关键技术之一——同步对系统性能的影响。然后对OFDM系统中常用的编码技术做了一定的研究。目前,OFDM在移动视频传输领域中的应用主要是针对多路宽带系统,而在某些移动视频监控领域只需要传输一路信号,所需带宽相对较窄。针对这一问题,本文先简要介绍了目前国际上应用较为广泛的DVB-H、T-DMB和DMB-T三种移动视频传输标准,指出了它们在移动视频监控应用中的不足。在此基础之上参考DAB标准,设计了一套能够满足移动视频监控系统要求的系统参数、帧结构和编码结构。该系统在只占用1.536MHz有效系统带宽的条件下,能够达到1.26Mbps1.89Mbps的有效数据传输速率。当信源编码采用MPEG-2视频压缩编码标准时,该数据传输速率可以满足传输CIF格式图像的要求,这在频谱资源十分宝贵的无线信道具有一定的实用价值。在文章最后,首先对系统采用的同步算法在Matlab下进行了性能仿真,并对仿真结果进行了分析。然后,在编写代码的过程中,考虑了后续的DSP代码移植,采用模块化的设计,通过编写C-MEX S函数实现能量扩散/解能量扩散、RS编码/RS译码、卷积编码/Viterbi译码、交织/解交织、OFDM调制/解调模块和同步模块。最后,在Simulink仿真环境下对整个系统设计的正确性和性能进行了仿真测试,给出了在3种卷积码码率条件下,系统在高斯信道、莱斯信道和瑞利信道中的误比特率性能仿真曲线。仿真结果表明,系统能够实现预期的功能,且在高斯信道和莱斯信道中,在低信噪比的情况下系统仍有较低的误码率。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 OFDM 多载波调制技术简介
• 1.1.1 单载波与多载波通信系统
• 1.1.2 OFDM 技术
• 1.2 选题的意义
• 1.3 论文的研究内容和结构安排
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 结构安排
• 第二章 OFDM 基本原理及同步技术
• 2.1 OFDM 基本原理
• 2.1.1 OFDM 系统基本结构框图
• 2.1.2 FFT 在OFDM 调制解调中的应用
• 2.1.3 OFDM 技术的保护间隔和循环前缀
• 2.2 OFDM 系统同步技术
• 2.2.1 符号同步误差对OFDM 系统的影响
• 2.2.2 载波频偏误差对OFDM 系统的影响
• 2.3 经典OFDM 系统同步算法
• 2.3.1 OFDM 系统模型
• 2.3.2 极大似然估计
• 2.4 本章小结
• 第三章 OFDM 系统中的信道编码技术
• 3.1 纠错编码
• 3.2 RS 编码
• 3.2.1 循环码和BCH 码
• 3.2.2 RS 码的编码原理
• 3.2.3 RS 码的译码原理
• 3.3 卷积编码
• 3.3.1 卷积编码的基本原理
• 3.3.2 卷积码的最佳译码——维特比译码基本原理
• 3.4 交织编码
• 3.5 本章小结
• 第四章 系统方案设计
• 4.1 方案设计概述
• 4.2 编码系统方案设计
• 4.2.1 总体设计
• 4.2.2 主数据通道的编码
• 4.2.2.1 输入用户数据复用及包格式
• 4.2.2.2 能量扩散
• 4.2.2.3 RS 编码
• 4.2.2.4 卷积交织
• 4.2.2.5 卷积编码
• 4.2.2.6 时间交织
• 4.2.3 快速访数据访问通道的编码
• 4.2.4 传输信号
• 4.2.4.1 传输帧结构
• 4.2.4.2 QPSK 映射
• 4.2.4.3 频率交织
• 4.2.4.4 差分调制
• 4.2.4.5 相位参考帧
• 4.3 解码系统方案设计
• 4.3.1 总体方案设计
• 4.3.2 传输帧同步
• 4.3.3 粗符号同步和小数频偏估计
• 4.3.4 精符号同步和整数频偏估计
• 4.4 本章小结
• 第五章 系统总体性能仿真
• 5.1 仿真开发环境简介
• 5.2 C-MEX S 函数的实现
• 5.3 编码和解码模块实现
• 5.3.1 编码模块
• 5.3.2 解码模块
• 5.4 系统仿真及结果分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果