物探数据无线采集网络中OFDM无线宽带通信系统的研究设计

摘要

传统的石油物探数据采集网络一般采用有线方案,即通过线缆将传感器采集的信息传送到控制中心进行分析;但是基于有线传输的采集网络在布设、移动、效率和维护等方面存在着先天的不足。在物探系统中融入先进的无线传输和网络技术,已经成为当今物探技术发展的方向。 作为“物探数据无线采集网络”项目的一部分,本文主要完成了该采集网络中多点无线宽带骨干通信系统的研究和设计工作。在对项目的应用环境和性能要求进行分析的基础上,提出采用正交频分复用(OFDM)技术设计该无线通信系统的研究路线；并在OFDM关键技术研究和系统信号处理流程设计的基础上,基于通用数字信号处理平台进行了系统的具体实现,其不仅能够有效针对特定应用,而且有利于在技术研究发展过程中进行系统功能的灵活扩展和升级。 论文在介绍和分析OFDM基本原理与性能特点的基础上,针对项目背景的特点,通过借鉴IEEE802.16d等系统所采用的技术,提出了相应的OFDM宽带无线通信的设计方案,并就其基带信号处理过程中涉及的某些关键技术问题,如定时同步、频率同步做了具体研究,对其性能进行了仿真分析。论文分析了传输中可能出现的误差,重点讨论了相应的对抗措施,并通过仿真评估了这些措施的效果,从而对具体实现进行指导,为实现可靠的数据传输提供了保证。 论文给出了一种基于ADI通用DSP平台的OFDM通信系统的具体实现方案,分析了系统硬件平台的功能特点；介绍了系统控制软件的设计方法,以及OFDM信号处理算法在硬件平台上的移植和优化；对系统功能实现软件的执行性能也进行了针对性的评估,并验证了基带信号处理软件运行的有效性。

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第一章绪论

§1.1物探数据采集网络的现状与发展

§1.2课题的引出

§1.2.1项目目标

§1.2.2课题任务与研究内容

§1.2.3开展的工作

§1.3论文的安排

第二章OFDM的基本原理

§2.1概述

§2.2 OFDM的FFT实现

§2.3保护间隔与循环前缀

§2.4 OFDM系统的组成

§2.5小结

第三章OFDM信号处理算法设计与仿真

§3.1概述

§3.2发送端信号处理流程

§3.2.1信道编码

§3.2.2波形映射

§3.2.3 IFFT以及循环前缀

§3.2.4前导码构造与调制

§3.3接收端信号处理流程

§3.3.1 OFDM系统误差分析

§3.3.2定时同步模块

§3.3.3频率同步模块

§3.3.4信道估计、均衡与相位跟踪

§3.3.5波形逆映射、信道解码

§3.4小结

第四章通信系统硬件设计

§4.1概述

§4.2主要器件介绍

§4.2.1 ADI TigerSHARC TS201 DSP

§4.2.2 Altera Cyclone Ⅱ FPGA

§4.2.3 ADI AD9862 MxFE

§4.2.4 Maxim MAX2831 RF transceiver

§4.3系统模块设计

§4.3.1 TS201 EZ_KIT评估板

§4.3.2基带扩展板

§4.3.3射频子板

§4.4 FPGA逻辑设计

§4.4.1控制信号产生和状态信号读取

§4.4.2 SPI时序产生

§4.4.3数据通道建立

§4.5小结

第五章通信系统软件设计

§5.1设计概述

§5.1.1软件架构

§5.1.2数据格式

§5.1.3优化方法

§5.2发送端软件设计

§5.2.1链式DMA

§5.2.2程序流程

§5.2.3 FFT高效实现

§5.3接收端软件设计

§5.3.1定时同步

§5.3.2频率同步

§5.3.3信道估计、均衡与跟踪

§5.4软件性能分析

§5.5小结

第六章总结和展望

§6.1工作完成情况

§6.2改进设想

参考文献

致谢