基于疊加訓練序列光OFDM系統幀同步算法FPGA實(shí)現

摘要：光纖通信系統中引進(jìn)OFDM技術(shù)給O-OFDM系統帶來(lái)對同步、高峰均比等敏感問(wèn)題。疊加訓練序列技術(shù)時(shí)IM／DDO-OFDM系統幀同步算法研究，設計了FPGA的算法實(shí)現結構，聯(lián)合Matlab，Modelsim等仿真工具驗證算法開(kāi)發(fā)的有效性。實(shí)驗結果表明，疊加的訓練序列對數據影響較小，與傳統方法相比，具有更高的同步正確率，易于實(shí)現，有較強的工程應用前景。
關(guān)鍵詞：疊加訓練序列技術(shù)；OFDM；幀同步；Modelsim

0 引言
正交頻分復用技術(shù)OFDM是一種特殊的多載波傳輸方式，具有抗多徑能力強、頻譜利用率高、適合高速數據傳輸等優(yōu)點(diǎn)，因此已被廣泛地應用于最新的無(wú)線(xiàn)通信系統中。本文設計基于疊加訓練序列的多模光纖IM／DDO-OFDM系統幀同步算法。QuartusⅡ軟件仿真平臺和Verilog HDL硬件描述語(yǔ)言進(jìn)行訓練序列的產(chǎn)生、訓練序列與數據符號的疊加運算，以及進(jìn)行幀同步算法實(shí)現。其Modelsim仿真實(shí)現幀同步結果與Matlab仿真實(shí)現的結果一致，為實(shí)際的工程設計提供了可靠的依據。

1 系統模型
為了滿(mǎn)足系統傳輸實(shí)信號的要求，將二進(jìn)制數據流經(jīng)過(guò)星座圖映射(如：M-QAM或QPSK)后進(jìn)行厄米特共軛對稱(chēng)(Hermitian Symmetry，HS)變換，使得經(jīng)過(guò)快速傅里葉逆變換(Inverse Fast Fourier Transform，IFFT)后得到雙極性實(shí)信號。疊加訓練序列IM／DDO-OFDM系統模型如圖1所示。

”表示循環(huán)卷積；h(n)表示多模光纖信道脈沖響應；w(n)表示電域高斯白噪聲；s(n)表示發(fā)送數據；t(n)為訓練序列，且訓練序列結構上滿(mǎn)足上述EN鏡像對稱(chēng)性，β表示功率能量分配因子，和分別表示訓練序列和發(fā)射數據的功率。
在式(1)中，訓練序列分配的能量非常弱，為了使同步時(shí)刻的能量能夠足夠大，而不受其他旁瓣干擾，先對接收信號r(n)進(jìn)行處理。截取長(cháng)度為N的接收信號，利用式(2)進(jìn)行變換得到新的接收信號z(n)。
z(n)=r(n)+r(N-n+1) (2)
變換后得到的新序列z(n)具有原序列兩倍的能量，與本地訓練序列F進(jìn)行互相關(guān)，來(lái)獲取同步。幀同步函數可以表示為：

式中：d為整數，表示接收信號序列與本地序列之間的相對滑動(dòng)位置，N／2為相關(guān)長(cháng)度。采用的訓練序列具有良好的自相關(guān)性和弱互相關(guān)性，當d滑動(dòng)到同步位置時(shí)刻，幀同步函數Cor(n，d)達到最大值，其余時(shí)刻為幅度較小的隨機信號。
為了降低接收機同步設計的復雜度，采用預設門(mén)檻值T，當檢測器的輸出Cor(n，d)滿(mǎn)足式(4)，P(n)表示接收信號的功率，則此刻的d達到幀同步位置。
|Cor(n，d)|2>T·P(n) (4)

3 算法性能Matlab仿真分析
仿真參數主要包括：發(fā)送數據比特流為10 Gb／s，調制方式為16-QAM，系統子載波數為256，光纖鏈路部分采用1 310 nm的多模光纖，衰減常數α=0．2 dB／km，考慮色散效應，取值為17 ps／(nm·km)，PIN光電檢測器的靈敏度設定為1 A／W，暗電流為10 nA。以下的仿真結果基于10 000次蒙特卡羅仿真。