基于FPGA的OFDM调制技术的设计与实现

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正交频分复用技术(OFDM)作为当下第四代移动通信(4G)的核心调制技术,具有频谱利用率高和实现简单的优点,可有效地抵消频率选择性衰落和载波间干扰带来的不利影响,而且它还可以根据信道的好坏自适应的选择不同的调制方式,提高系统的容量。一般的,在OFDM技术的硬件实现方案中,主要有两个不同的方向。一个是以DSP+FPGA为硬件平台进行开发,在该方案中,DSP代码和FPGA代码需要分别编程,基带板不同类型芯片硬件接口也需分开调试,所以这样的实现方式难度的任务交较大,且硬件和软件成本都高。另一种是以FPGA为主实现方案,也是现在主要采取的一种方案。FPGA芯片内部具有丰富的时钟资源、逻辑资源和功能模块,可以满足大部分设计的功能和任务。且随着其应用日益多样化,出现了越来越多专用的IP核。这使得我们在设计系统时,只需设置好某一合适内核的参数,并与专用的逻辑粘结在一起就可解决问题。FPGA的低成本也是吸引设计者采用它的一个主要原因,当需要改进时,可通过EDA工具仅修改软件而不修改硬件平台就可实现。本文首先介绍了移动通信的发展状况和趋势,以及FPGA的特点和未来发展方向,在此背景基础之上,介绍OFDM的数学模型和基本原理,并引申出其关键技术和实现框图,接着详细介绍基于FPGA的硬件开发平台的设计,确定FPGA主芯片、FIFO芯片和DA芯片的选型,之后开发了以Xilinx公司的FPGA芯片XC3S500E为核心,结合数模转换芯片ISL5827等器件的OFDM基带发射系统硬件平台。最后用Verilog HDL语言对OFDM发射系统的各个模块进行编程,实现了扰码、卷积编码、交织、16QAM调制、导频插入、IFFT/FFT和循环前缀等功能,并重点分析了卷积编码模块。整个设计通过采用自顶向下和流水线技术等,极大地提高了系统的有效性和可靠性。利用软件Modelsim进行各个模块功能和时序的仿真结果完全正确;同时还利用在线调试工具ChipScope Pro对一些重点模块进行硬件平台的在线调试分析,仿真和在线调试结果具有很高的吻合度。
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