基于OFDM技术的无线调制解调器DSP算法实现分析

宁巧娇　吴良金　赵思远

摘 要：在新媒体时代下，人们在“上网冲浪”以及下载、浏览各种影音视频时会产生大量数据传输的需求。但在当前高速无线通信中，无线通信频率资源相对有限，且信道往往存在多径衰落的情况，使得数据通信传输受到一定影响。可引入正交频分复用（OFDM）技术，实现频率的充分使用，有效对抗多径衰落。文章将结合相关研究资料，对OFDM技术的基本内涵进行简要说明，重点针对基于OFDM技术的无线调制解调器DSP算法的实现进行简要分析。

关键词：OFDM技术;无线调制解调器;DSP算法

在我国无线通信传输技术的持续发展下，国内外先后有许多研究人员开始加大对正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）技术的关注和研究力度，并已经取得一定的进展。目前，我国基于OFDM技术的无线调制解调器数字信号处理（Digital Signal Processing，DSP）算法实现方面的研究还相对较少，本研究在为深入了解OFDM技术提供相应参考的同时，有效丰富该领域的理论研究。

1    OFDM技术的简要概述

OFDM技术本质是高速传输技术，基于无线环境背景，将所给信道在频域当中进行分解，使之成为若干正交子信道。各子信道在调制时均需要使用一个相对应的载波，各子载波之间并行传输。虽然在OFDM技术中，总信道并非完全平坦，具有明显的频率选择性，但是相对而言，各子信道平坦性较好，且在窄带传输下，可对信号带宽进行有效控制，从而有效避免数據传输时符号之间出现相互干扰的情况[1]。本研究在使用该技术进行无线调制解调器DSP算法实现中，选用专业的DSP芯片，有效加快了数字信号的处理速度，并提高其处理结果的精准度。

2    基于OFDM技术的无线调制解调器DSP算法实现分析

2.1  卷积交织/去交织

在OFDM技术下，无线调制解调器实现卷积交织/去交织的硬件功能时，通过运用C25，可有效避免硬件资源浪费、功能实现速度缓慢、占用过多时间等情况的出现。在硬件功能的DSP实现中，考虑到卷积交织/去交织的周期执行，基本交由B排移位寄存器负责。因此，首先，需要确定卷积交织/去交织中存储空间最小的S，确定其与交织参数M和B之间的关联性。其次，在确定最小存储空间的前提下，还需要根据卷积交织与去交织过程中数据存储至存储空间时采用的相关规律，即序列在存储至相应空间时，其具体存储位置P和序号C之间的关联性[2]。序列在存入存储空间至取出时完成卷积交织/去交织变换。具体来说，基于OFDM技术的无线调制解调器在卷积交织/去交织的DSP算法实现中，首先，需要根据相关算法要求，规范设置交织常数M与B。在启动算法程序后需要对变量存储区C进行初始化处理，而后依次对MB，MB+1，MB×B以及最小存储空间S进行准确计算。最后，根据计算结果对卷积交织/去交织程序进行合理调用即可。

2.2  解调器FFT算法

反向快速傅里叶变换（Inverse Fast Fourier Transform，IFFT）负责实现编码正交频分复用（Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing，COFDM）系统当中的OFDM调制，在抽样速率达到8 kHz时，码元有效长度直接取决于IFFT点数。当IFFT点数较大时，对应的码元有效长度也相对较长，此时，其具有良好的抗摔落性能与脉冲噪声性能。但考虑到收发信机抽样时钟有一定频率偏差，当该偏差值较大时，无线调制解调器在运行时容易出现子信道串扰的情况，而影响整体数据传输质量。因此，本研究通过结合相关资料，选择将IFFT点数设定为512，此时其对应的码元有效长度约为64 ms，收发抽样时钟的频率偏差可有效控制在0.2 Hz以内。在开始Viterbi译码之前，需先进行COFDM信号的快速傅里叶变换（Fast Fourier Transform，FFT）变换，使得编码信号得以重新恢复。在此过程中，可以使用专门应用于实数序列的FFT算法，在对IFFT点数为512的实数序列进行运算时，需要使用相对应的256点的FFT。根据计算得到的子序列频谱，进一步推导计算出原序列频谱。利用FFT算法，一方面可有效避免存储器中的大量存储空间资源被浪费，另一方面也有助于加快运算速度。

2.3  Viterbi译码算法

在量化输入信号中，通常会选择使用软判决维特比译码，判据则使用欧式距离，对假设路径距离接收信号的距离值进行准确计算。根据具体计算结果对幸存路径进行合理选择，从而有效完成译码。以TCM-16QAM编码调制为例，该译码在DSP实现中，无线调制解调器所使用的存储单元共有3个。在完成初始化后，需要分别对局部与累积码距进行计算，对二者进行比较分析并及时更新累积码距后，需进入至存储状态转移表中。此时，需要对一帧结束与否进行判断，如果其尚未结束则需要重新进入局部与累积码距的计算环节，直至一帧彻底结束。此时，对反向跟踪子程序进行调用，并以倒序形式完成数据的输出即可。在进入反向跟踪子程序流程中时，首先，需要对比最终状态累积码距，以此为基础对幸存路径进行有效明确[3]。其次，调用状态转移表，对前一级状态进行明确，再输出3比特数据，对跟踪结束与否进行准确判断即可。跟踪结束即可返回，若跟踪未结束，则需要重新对状态转移表进行调用，并再次对前一级状态重新确定。

3    结语

在基于OFDM技术的无线调制解调器DSP算法实现中，相关工作人员需要在充分结合实际情况、合理选用DSP芯片的基础上，灵活运用FFT与IFFT算法以及卷积交织/去交织等技术，将Viterbi软判决译码科学应用在解调端处，以有效增强系统抗多径衰落性能，进一步提升数字信号及数据传输与处理的质量。

[参考文献]

[1]杨坚.对光纤通信系统中OFDM技术应用的几点探讨[J].技术与市场，2020（1）：158，160.

[2]杨桃. 弹性城域光网络中相干接收DSP算法研究[D].北京：北京邮电大学，2019.

[3]陈静，任翠池，李汉挺.多卫星天线的通信网络构建策略[J].电子技术与软件工程，2019（1）：45.

作者简介：宁巧娇（1992— ），女，汉族，广西钦州人，助理工程师，硕士;研究方向：通信。