一種基于ofdm技術(shù)的高速無(wú)線污染源數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于無(wú)線通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于0FDM技術(shù)的高速無(wú)線污染源數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]正交頻分復(fù)用技術(shù)（0FDM)，是多載波調(diào)制的一種。將一個(gè)寬頻信道分成若干正交子信道，將高速數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換成并行的低速子數(shù)據(jù)流，調(diào)制到每個(gè)子信道上進(jìn)行傳輸。正交頻分復(fù)用是一種把高速率的串行數(shù)據(jù)通過(guò)頻分復(fù)用來(lái)實(shí)現(xiàn)并行傳輸?shù)亩噍d波傳輸技術(shù)。2000年0FDM應(yīng)用于802. 11a，802.16，LTE，在我國(guó)，信息產(chǎn)業(yè)部無(wú)線電管理局也于2001年8月31日批準(zhǔn)了中國(guó)網(wǎng)通開(kāi)展0FDM固定無(wú)線接入系統(tǒng)CelerFlex的試驗(yàn)，該系統(tǒng)目前己經(jīng)開(kāi)通，并進(jìn)行了必要的測(cè)試和業(yè)務(wù)演示。目前，人們開(kāi)始集中精力研究和開(kāi)發(fā)0FDM在無(wú)線移動(dòng)通信領(lǐng)域的應(yīng)用，并將0FDM技術(shù)與多種多址技術(shù)相結(jié)合。由于污染源中的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸大多是采用窄帶傳輸技術(shù)，由于帶寬很窄，難以適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)的并發(fā)要求，同時(shí)窄帶傳輸技術(shù)抗干擾能力差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實(shí)用新型的目的在于提供一種基于0FDM技術(shù)的高速無(wú)線污染源數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，該數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)克服了傳統(tǒng)低速數(shù)據(jù)傳輸能力的不足的問(wèn)題，能夠與無(wú)線通信網(wǎng)和WiFi進(jìn)行通信，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、廣覆蓋的大數(shù)據(jù)傳輸，提高了數(shù)據(jù)傳輸效率，保證了傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性，能夠可靠實(shí)時(shí)地監(jiān)控污染源。
[0004]為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下：一種基于0FDM技術(shù)的高速無(wú)線污染源數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，所述數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)是采用0FDM技術(shù)設(shè)計(jì)，并使用FPGA硬件搭建；包括數(shù)據(jù)發(fā)送單元和數(shù)據(jù)接收單元；所述數(shù)據(jù)發(fā)送單元將數(shù)據(jù)信號(hào)通過(guò)無(wú)線信道發(fā)送到數(shù)據(jù)接收單元；
[0005]所述數(shù)據(jù)發(fā)送單元包括：
[0006]RS編碼模塊；所述RS編碼模塊采用QUARTUS II自帶的IP核設(shè)計(jì)，RS編碼是一種信道編碼方式，用于對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行信道編碼，對(duì)信息碼元進(jìn)行檢錯(cuò)和糾錯(cuò)，消除信道中的噪聲對(duì)有用信號(hào)的干擾；
[0007]交織模塊；所述交織模塊是用于數(shù)據(jù)交織，在時(shí)域或者同時(shí)在時(shí)域、頻域上分布傳輸?shù)男畔⒈忍?，使信道的突發(fā)錯(cuò)誤在時(shí)間上得以擴(kuò)散，將造成數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)耐话l(fā)性差錯(cuò)，進(jìn)行離散并糾正，改善移動(dòng)通信的傳輸特性；
[0008]星座映射模塊；所述星座映射模塊是對(duì)原碼流進(jìn)行Μ進(jìn)制數(shù)字調(diào)制，將不同用途的信息映射為不同的星座，將輸入比特流信號(hào)由串行信號(hào)經(jīng)過(guò)串并轉(zhuǎn)換變?yōu)椴⑿行盘?hào)，用來(lái)降低符號(hào)速率，在有限帶寬的信道內(nèi)，傳輸更多的數(shù)據(jù)，提高信道頻帶利用率；
[0009]IFFT運(yùn)算處理模塊；所述是IFFT運(yùn)算處理模塊是0FDM的調(diào)制，用于計(jì)算輸入的快速反向傅立葉變換；
[0010]插入循環(huán)前綴模塊；所述插入循環(huán)前綴模塊是用于消除多徑造成的符號(hào)間的干擾，0FMD符號(hào)需要在其保護(hù)間隔里面插入循環(huán)前綴信號(hào)，即將0FDM符號(hào)的后面幾位數(shù)據(jù)復(fù)制到前面來(lái)；
[0011]D/A模塊；所述D/A模塊是將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，進(jìn)行空中傳輸；
[0012]RF發(fā)射模塊；所述RF發(fā)射模塊是用于數(shù)據(jù)接收單元發(fā)送D/A模塊轉(zhuǎn)換后的模擬信號(hào);
[0013]所述數(shù)據(jù)信號(hào)經(jīng)過(guò)RS編碼模塊進(jìn)行編碼后，送達(dá)交織模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交織，數(shù)據(jù)交織之后送入IFFT運(yùn)算處理模塊進(jìn)行IFFT變換，數(shù)據(jù)信號(hào)經(jīng)過(guò)IFFT變換結(jié)束之后進(jìn)入插入循環(huán)前綴模塊進(jìn)行插入循環(huán)前綴，再進(jìn)入D/A模塊進(jìn)行并串轉(zhuǎn)換，最后通過(guò)RF發(fā)射模塊向數(shù)據(jù)接收單元發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)；
[0014]所述數(shù)據(jù)接收單元包括：
[0015]RF接收模塊；所述RF接收模塊用于在接收端接收來(lái)自數(shù)據(jù)發(fā)送單元中RF發(fā)射模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)信號(hào)；
[0016]A/D模塊；所述A/D模塊是將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，便于在系統(tǒng)中進(jìn)行信號(hào)傳輸；
[0017]去循環(huán)前綴模塊；所述去循環(huán)前綴模塊是數(shù)據(jù)發(fā)送單元中插入循環(huán)前綴模塊的反向操作，即將0FDM符號(hào)的由插入循環(huán)前綴模塊復(fù)制到前面幾位數(shù)據(jù)還原到后面來(lái)；
[0018]FFT運(yùn)算處理模塊；所述FFT運(yùn)算處理模塊是快速成傅立葉變換，將時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)化為頻域信號(hào)，是數(shù)據(jù)發(fā)送單元中IFFT的逆變換，將FFT運(yùn)算處理模塊移植到硬件FPGA中去，通過(guò)在硬件FPGA芯片中，進(jìn)行FFT運(yùn)算處理并獲得頻點(diǎn)能量值，有效提高系統(tǒng)信號(hào)處理速度；
[0019]星座解映射模塊；所述星座解映射模塊是將數(shù)據(jù)發(fā)送單元的數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行解映射過(guò)程，將輸入比特流信號(hào)經(jīng)過(guò)并行信號(hào)轉(zhuǎn)換變?yōu)榇行盘?hào)；
[0020]解交織模塊；所述解交織模塊是將數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行解交織處理，將接收到的數(shù)據(jù)信號(hào)還原到正確的位置；
[0021]和RS解碼模塊；所述RS解碼模塊是對(duì)將RS編碼的數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行還原解碼處理；
[0022]所述數(shù)據(jù)接收單元是將接收的模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)A/D模塊轉(zhuǎn)換采樣之后得到的數(shù)據(jù)信號(hào)，然后數(shù)據(jù)信號(hào)逐個(gè)分解為單個(gè)幀數(shù)據(jù)信號(hào)，單個(gè)幀數(shù)據(jù)信號(hào)依次經(jīng)過(guò)去循環(huán)前綴模塊、FFT模塊、星座解映射模塊、解交織模塊和RS解碼模塊后得到原始數(shù)據(jù)。
[0023]優(yōu)先地，所述無(wú)線信道是無(wú)線通信網(wǎng)或者WiFi。
[0024]優(yōu)先地，在RS編碼模塊和交織模塊之間設(shè)有RSbuffer模塊；所述RSbuffer模塊用于存取RS編碼模塊的數(shù)據(jù)。
[0025]優(yōu)先地，所述0FDM的帶寬為12. 5MHz，數(shù)據(jù)的調(diào)制方式為0FDM和16DQPSK，載波數(shù)為512，數(shù)據(jù)幀的長(zhǎng)度為1. 953ms，子幀中包含640個(gè)符號(hào)，其中128個(gè)循環(huán)前綴和512個(gè)數(shù)據(jù)。
[0026]優(yōu)先地，所述RS編碼模塊的編碼方式為（128，96) — (255，223)的縮減形式。
[0027]優(yōu)先地，所述交織模塊采用分組交織器，交織器點(diǎn)數(shù)為512，交織器主要由讀、寫(xiě)地址序列發(fā)生器，雙端口 RAM以及讀寫(xiě)使能控制幾部分組成；其中讀、寫(xiě)地址序列發(fā)生器主要用來(lái)產(chǎn)生雙端口 RAM的讀寫(xiě)控制信號(hào)，并決定讀、寫(xiě)地址序列發(fā)生器何時(shí)啟動(dòng)工作。
[0028]在上述技術(shù)方案中，本實(shí)用新型的一種基于OFDM技術(shù)的高速無(wú)線污染源數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)是為了提高污染源數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的高效性，利用0FDM技術(shù)設(shè)計(jì)了一種污染源數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸系統(tǒng)，將無(wú)線數(shù)據(jù)信道分成若干個(gè)正交子信道，將高速污染源數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換成并行的低速子數(shù)據(jù)流，調(diào)制到每個(gè)子信道上進(jìn)行傳輸。正交信號(hào)可以通過(guò)在接收端采用濾波器或者相關(guān)技術(shù)來(lái)分開(kāi)，這樣可以減少子信道之間的相互干擾，從而提高了無(wú)線通信傳輸系統(tǒng)的高效性和抗干擾能力，增強(qiáng)了排污企業(yè)監(jiān)控污染源的準(zhǔn)確性。數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)發(fā)送單元和數(shù)據(jù)接收單元，數(shù)據(jù)發(fā)送單元數(shù)據(jù)信號(hào)經(jīng)過(guò)RS編碼模塊進(jìn)行編碼后，送達(dá)交織模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交織，數(shù)據(jù)交織之后送入IFFT運(yùn)算處理模塊進(jìn)行IFFT變換，數(shù)據(jù)信號(hào)經(jīng)過(guò)IFFT變換結(jié)束之后進(jìn)入插入循環(huán)前綴模塊進(jìn)行插入循環(huán)前綴，再進(jìn)入D/A模塊進(jìn)行并串轉(zhuǎn)換，最后通過(guò)RF發(fā)射模塊向數(shù)據(jù)接收單元發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)，數(shù)據(jù)接收單元是將接收的模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)A/D模塊轉(zhuǎn)換采樣之后得到的數(shù)據(jù)信號(hào)，然后數(shù)據(jù)信號(hào)逐個(gè)分解為單個(gè)幀數(shù)據(jù)信號(hào)，單個(gè)幀數(shù)據(jù)信號(hào)依次經(jīng)過(guò)去循環(huán)前綴模塊、FFT模塊、星座解映射模塊、解交織模塊和RS解碼模塊后得到原始數(shù)據(jù)。本實(shí)用新型的有益效果是:第一，克服了傳統(tǒng)低速數(shù)據(jù)傳輸能力的不足的問(wèn)題；第二，能夠與無(wú)線通信網(wǎng)和WiFi進(jìn)行通信，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、廣覆蓋的大數(shù)據(jù)傳輸；第三，提高了數(shù)據(jù)傳輸效率，保證了傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性，能夠可靠實(shí)時(shí)地監(jiān)控污染源。
【附圖說(shuō)明】
[0029]圖1為本實(shí)用新型一種基于0FDM技術(shù)的高速無(wú)線污染源數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清晰、完整地闡述，所述的實(shí)施例僅為本實(shí)用新型的一部分實(shí)施例，非全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
[0031]由圖1可見(jiàn)，本實(shí)施例的一種基于0FDM技術(shù)的高速無(wú)線污染源數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)是采用0FDM技術(shù)設(shè)計(jì)，并使用FPGA硬件搭建，0FDM的帶寬為12.5MHz，數(shù)據(jù)的調(diào)制方式為0FDM和16DQPSK，載波數(shù)為512，數(shù)據(jù)幀的長(zhǎng)度為1.953ms，子幀中包含640個(gè)符號(hào)，其中128個(gè)循環(huán)前綴和512個(gè)數(shù)據(jù)。該污染源數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)是包括數(shù)據(jù)發(fā)送單元和數(shù)據(jù)接收單元，數(shù)據(jù)發(fā)送單元將數(shù)據(jù)信號(hào)通過(guò)無(wú)線信道發(fā)送到數(shù)據(jù)接收單元，本實(shí)施例中，無(wú)線信道包括無(wú)線通信網(wǎng)和WiFi，在實(shí)際工作中，也可以將無(wú)線信道與有線互聯(lián)網(wǎng)混合組網(wǎng)使用，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、廣覆蓋的大數(shù)據(jù)傳輸。
[0032]本實(shí)施例中，數(shù)據(jù)發(fā)送單元是由RS編碼模塊、交織模塊、星座映射模塊、IFFT運(yùn)算處理模塊、插入循環(huán)前綴模塊和RF發(fā)射模塊組成。
[0033]所述RS編碼模塊采用QUARTUS II自帶的IP核設(shè)計(jì)，是一種信道編碼方式，用于對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行信道編碼，對(duì)信息碼元進(jìn)行檢錯(cuò)和糾錯(cuò)，消除信道中的噪聲對(duì)有用信號(hào)的干擾。本實(shí)施例中，為了保證通信系統(tǒng)的可靠性，消除信道中的噪聲對(duì)有用信號(hào)的干擾，通信系統(tǒng)需要對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行信道編碼，信道編碼的基本思想是在信息碼元中加入監(jiān)督碼元，根據(jù)這些監(jiān)督碼元的冗余性來(lái)對(duì)信息碼元檢錯(cuò)和糾錯(cuò)，RS編碼是一種常見(jiàn)的信道編碼方式，RS編碼采用(255，223)的縮減形式(128，96)，此設(shè)計(jì)中采用QUARTUS II自帶的IP核。本實(shí)施例在RS編碼模塊和交織模塊之間設(shè)有RSbuffer模塊，RSbuffer模塊用于存取RS編碼模塊的數(shù)據(jù)。
[0034]交織模塊是用于數(shù)據(jù)交織，將造成數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)耐话l(fā)性差錯(cuò)，進(jìn)行離散并糾正，改善移動(dòng)通信的傳輸特性，交織模塊在時(shí)域或者同時(shí)在時(shí)域、頻域上分布傳輸?shù)男畔⒈忍兀剐诺赖耐话l(fā)錯(cuò)誤在時(shí)間上得以擴(kuò)散，從而使得譯碼器可以將它們當(dāng)成隨機(jī)錯(cuò)誤處理，在實(shí)際工作中，交織器在幾個(gè)分組長(zhǎng)度或幾個(gè)約束長(zhǎng)度的范圍內(nèi)對(duì)碼元進(jìn)行混洗，這個(gè)范圍是信道突發(fā)錯(cuò)誤時(shí)間決定的，交織在系統(tǒng)中必然引起延時(shí)，通信系統(tǒng)常常規(guī)定了系統(tǒng)所能容忍的最大延時(shí)，因此也限制了所能使用的交織器的交織深度。本實(shí)施例的交織模塊采用分組交織器，交織器點(diǎn)數(shù)為512，交織器主要由讀、寫(xiě)地址序列發(fā)生器，雙端口 RAM以及讀寫(xiě)使能控制幾部分組成；其中讀、寫(xiě)地址序列發(fā)生器主要用來(lái)產(chǎn)生雙端口 RAM的讀寫(xiě)控制信號(hào)，并決定讀、寫(xiě)地址序列發(fā)生器何時(shí)啟動(dòng)工作。
[0035]星座映射模塊是對(duì)原碼流進(jìn)行Μ進(jìn)制數(shù)字調(diào)制，將不同用途的信息映射為不同的星座，將輸入比特流信號(hào)由串行信號(hào)經(jīng)過(guò)串并轉(zhuǎn)換變?yōu)椴⑿行盘?hào)，用來(lái)降低符號(hào)速率，在有限帶寬的信道內(nèi)，