一种基于ofdm技术的高速无线污染源数据传输系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于无线通信技术领域，尤其涉及一种基于0FDM技术的高速无线污染源数据传输系统。
【背景技术】
[0002]正交频分复用技术（0FDM)，是多载波调制的一种。将一个宽频信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到每个子信道上进行传输。正交频分复用是一种把高速率的串行数据通过频分复用来实现并行传输的多载波传输技术。2000年0FDM应用于802. 11a，802.16，LTE，在我国，信息产业部无线电管理局也于2001年8月31日批准了中国网通开展0FDM固定无线接入系统CelerFlex的试验，该系统目前己经开通，并进行了必要的测试和业务演示。目前，人们开始集中精力研究和开发0FDM在无线移动通信领域的应用，并将0FDM技术与多种多址技术相结合。由于污染源中的无线数据传输大多是采用窄带传输技术，由于带宽很窄，难以适应物联网大数据的并发要求，同时窄带传输技术抗干扰能力差。
【发明内容】
[0003]本实用新型的目的在于提供一种基于0FDM技术的高速无线污染源数据传输系统，该数据传输系统克服了传统低速数据传输能力的不足的问题，能够与无线通信网和WiFi进行通信，可实现远距离、广覆盖的大数据传输，提高了数据传输效率，保证了传输的稳定性和可靠性，能够可靠实时地监控污染源。
[0004]为达到上述目的，本实用新型的技术方案如下：一种基于0FDM技术的高速无线污染源数据传输系统，所述数据传输系统是采用0FDM技术设计，并使用FPGA硬件搭建；包括数据发送单元和数据接收单元；所述数据发送单元将数据信号通过无线信道发送到数据接收单元；
[0005]所述数据发送单元包括：
[0006]RS编码模块；所述RS编码模块采用QUARTUS II自带的IP核设计，RS编码是一种信道编码方式，用于对基带信号进行信道编码，对信息码元进行检错和纠错，消除信道中的噪声对有用信号的干扰；
[0007]交织模块；所述交织模块是用于数据交织，在时域或者同时在时域、频域上分布传输的信息比特，使信道的突发错误在时间上得以扩散，将造成数字信号传输的突发性差错，进行离散并纠正，改善移动通信的传输特性；
[0008]星座映射模块；所述星座映射模块是对原码流进行Μ进制数字调制，将不同用途的信息映射为不同的星座，将输入比特流信号由串行信号经过串并转换变为并行信号，用来降低符号速率，在有限带宽的信道内，传输更多的数据，提高信道频带利用率；
[0009]IFFT运算处理模块；所述是IFFT运算处理模块是0FDM的调制，用于计算输入的快速反向傅立叶变换；
[0010]插入循环前缀模块；所述插入循环前缀模块是用于消除多径造成的符号间的干扰，0FMD符号需要在其保护间隔里面插入循环前缀信号，即将0FDM符号的后面几位数据复制到前面来；
[0011]D/A模块；所述D/A模块是将数字信号转换为模拟信号，进行空中传输；
[0012]RF发射模块；所述RF发射模块是用于数据接收单元发送D/A模块转换后的模拟信号;
[0013]所述数据信号经过RS编码模块进行编码后，送达交织模块进行数据交织，数据交织之后送入IFFT运算处理模块进行IFFT变换，数据信号经过IFFT变换结束之后进入插入循环前缀模块进行插入循环前缀，再进入D/A模块进行并串转换，最后通过RF发射模块向数据接收单元发送数据信号；
[0014]所述数据接收单元包括：
[0015]RF接收模块；所述RF接收模块用于在接收端接收来自数据发送单元中RF发射模块发送的数据信号；
[0016]A/D模块；所述A/D模块是将模拟信号转换为数字信号，便于在系统中进行信号传输；
[0017]去循环前缀模块；所述去循环前缀模块是数据发送单元中插入循环前缀模块的反向操作，即将0FDM符号的由插入循环前缀模块复制到前面几位数据还原到后面来；
[0018]FFT运算处理模块；所述FFT运算处理模块是快速成傅立叶变换，将时域信号转化为频域信号，是数据发送单元中IFFT的逆变换，将FFT运算处理模块移植到硬件FPGA中去，通过在硬件FPGA芯片中，进行FFT运算处理并获得频点能量值，有效提高系统信号处理速度；
[0019]星座解映射模块；所述星座解映射模块是将数据发送单元的数据信号进行解映射过程，将输入比特流信号经过并行信号转换变为串行信号；
[0020]解交织模块；所述解交织模块是将数据信号进行解交织处理，将接收到的数据信号还原到正确的位置；
[0021]和RS解码模块；所述RS解码模块是对将RS编码的数据信号进行还原解码处理；
[0022]所述数据接收单元是将接收的模拟信号经过A/D模块转换采样之后得到的数据信号，然后数据信号逐个分解为单个帧数据信号，单个帧数据信号依次经过去循环前缀模块、FFT模块、星座解映射模块、解交织模块和RS解码模块后得到原始数据。
[0023]优先地，所述无线信道是无线通信网或者WiFi。
[0024]优先地，在RS编码模块和交织模块之间设有RSbuffer模块；所述RSbuffer模块用于存取RS编码模块的数据。
[0025]优先地，所述0FDM的带宽为12. 5MHz，数据的调制方式为0FDM和16DQPSK，载波数为512，数据帧的长度为1. 953ms，子帧中包含640个符号，其中128个循环前缀和512个数据。
[0026]优先地，所述RS编码模块的编码方式为（128，96) — (255，223)的缩减形式。
[0027]优先地，所述交织模块采用分组交织器，交织器点数为512，交织器主要由读、写地址序列发生器，双端口 RAM以及读写使能控制几部分组成；其中读、写地址序列发生器主要用来产生双端口 RAM的读写控制信号，并决定读、写地址序列发生器何时启动工作。
[0028]在上述技术方案中，本实用新型的一种基于OFDM技术的高速无线污染源数据传输系统是为了提高污染源数据传输系统的高效性，利用0FDM技术设计了一种污染源数据无线传输系统，将无线数据信道分成若干个正交子信道，将高速污染源数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到每个子信道上进行传输。正交信号可以通过在接收端采用滤波器或者相关技术来分开，这样可以减少子信道之间的相互干扰，从而提高了无线通信传输系统的高效性和抗干扰能力，增强了排污企业监控污染源的准确性。数据传输系统包括数据发送单元和数据接收单元，数据发送单元数据信号经过RS编码模块进行编码后，送达交织模块进行数据交织，数据交织之后送入IFFT运算处理模块进行IFFT变换，数据信号经过IFFT变换结束之后进入插入循环前缀模块进行插入循环前缀，再进入D/A模块进行并串转换，最后通过RF发射模块向数据接收单元发送数据信号，数据接收单元是将接收的模拟信号经过A/D模块转换采样之后得到的数据信号，然后数据信号逐个分解为单个帧数据信号，单个帧数据信号依次经过去循环前缀模块、FFT模块、星座解映射模块、解交织模块和RS解码模块后得到原始数据。本实用新型的有益效果是:第一，克服了传统低速数据传输能力的不足的问题；第二，能够与无线通信网和WiFi进行通信，可实现远距离、广覆盖的大数据传输；第三，提高了数据传输效率，保证了传输的稳定性和可靠性，能够可靠实时地监控污染源。
【附图说明】
[0029]图1为本实用新型一种基于0FDM技术的高速无线污染源数据传输系统的结构框图。
【具体实施方式】
[0030]下面结合附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清晰、完整地阐述，所述的实施例仅为本实用新型的一部分实施例，非全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0031]由图1可见，本实施例的一种基于0FDM技术的高速无线污染源数据传输系统是采用0FDM技术设计，并使用FPGA硬件搭建，0FDM的带宽为12.5MHz，数据的调制方式为0FDM和16DQPSK，载波数为512，数据帧的长度为1.953ms，子帧中包含640个符号，其中128个循环前缀和512个数据。该污染源数据传输系统是包括数据发送单元和数据接收单元，数据发送单元将数据信号通过无线信道发送到数据接收单元，本实施例中，无线信道包括无线通信网和WiFi，在实际工作中，也可以将无线信道与有线互联网混合组网使用，从而实现远距离、广覆盖的大数据传输。
[0032]本实施例中，数据发送单元是由RS编码模块、交织模块、星座映射模块、IFFT运算处理模块、插入循环前缀模块和RF发射模块组成。
[0033]所述RS编码模块采用QUARTUS II自带的IP核设计，是一种信道编码方式，用于对基带信号进行信道编码，对信息码元进行检错和纠错，消除信道中的噪声对有用信号的干扰。本实施例中，为了保证通信系统的可靠性，消除信道中的噪声对有用信号的干扰，通信系统需要对基带信号进行信道编码，信道编码的基本思想是在信息码元中加入监督码元，根据这些监督码元的冗余性来对信息码元检错和纠错，RS编码是一种常见的信道编码方式，RS编码采用(255，223)的缩减形式(128，96)，此设计中采用QUARTUS II自带的IP核。本实施例在RS编码模块和交织模块之间设有RSbuffer模块，RSbuffer模块用于存取RS编码模块的数据。
[0034]交织模块是用于数据交织，将造成数字信号传输的突发性差错，进行离散并纠正，改善移动通信的传输特性，交织模块在时域或者同时在时域、频域上分布传输的信息比特，使信道的突发错误在时间上得以扩散，从而使得译码器可以将它们当成随机错误处理，在实际工作中，交织器在几个分组长度或几个约束长度的范围内对码元进行混洗，这个范围是信道突发错误时间决定的，交织在系统中必然引起延时，通信系统常常规定了系统所能容忍的最大延时，因此也限制了所能使用的交织器的交织深度。本实施例的交织模块采用分组交织器，交织器点数为512，交织器主要由读、写地址序列发生器，双端口 RAM以及读写使能控制几部分组成；其中读、写地址序列发生器主要用来产生双端口 RAM的读写控制信号，并决定读、写地址序列发生器何时启动工作。
[0035]星座映射模块是对原码流进行Μ进制数字调制，将不同用途的信息映射为不同的星座，将输入比特流信号由串行信号经过串并转换变为并行信号，用来降低符号速率，在有限带宽的信道内，