基于FPGA的OFDM调制解调系统设计与实现.doc

基于FPGA的OFDM调制解调系统设计与实现第l0卷,第9期Vol10.NO9电子与封装ELECTR0NICS&PACKAGING总第89期2010年9月产品,应,用与市场基于FPGA的OFDM调制解调系统设计与实现崔丽珍,王慧琴,马勇(内蒙古科技大学信息工程学院,内蒙古包头014010)摘要:正交频分复用(OFDM)是第四代移动通信的核心技术,该技术在高速数据传输中得到了广泛的应用.文章给出了正交频分复用系统的基本模型和该系统所采用的调制与解调方法;根据OFMD的特点,本设计提出了一种基于IFFT/FFT的OFDM调制解调器的低成本FPGA的实现方法.在ISE环境下完成对OFDM无线通信系统中快速傅里叶变换算法的仿真,仿真结果表明快速傅里叶变换在OFDM技术中具有一定的使用价值.实践证明,该方法具有设计简单,快速,高效和实时性等特点.关键词:OFDM;调制;解调;FFT;IFFT中图分类号:TN402文献标识码:A文章编号:16811070(2010)090046-03ApplicationoflFFT/FFTinOFDMSystemsCUILizhen,WANGHuiqin,MAYong(InformationEngineeringInstitute,InnerMongoliaUniversityofTechnology,Baotou014010,China)Abstract:OFDMisthekeytechnologyof4Ginthemobilecommunicationandthetechnologyinhighspeeddatatransmissionhasbeenwidelyused.Thispapergivesthebasicmodeloforthogonalfrequencydivisionmultiplexingsystemandthesystemusedbythemethodofmodulationanddemodulation.AccordingtothecharacteristicsofOFDM,thedesignproposesalowcostFPGAimplementationwayofOFDMmodembasedonIFFT/FFT.IntheISEenvironment.thispapersimulatesfastFouriertransformofOFDMwirelesscommunicationsystem.ThesimulationresultshowsthedefiniteimportanceoflFFT/FFTtoOFDMinpracticalapplication.Theexperiencesshowthatthemethodissimple,fast,efficientandrealtimeandSOon.Keywords:OFDM;modulation;demodulation;FFT;IFFTl引言为解决无线通信系统中多径衰落和加性噪声等问题,采用以正交频分复用为核心技术的OFDM无线通信系统.0FDM无线通信系统是一种多载波并行传输系统,通过延长传输符号的周期,可增强其抵抗回波的能力.与传统的均衡器比较,它最大的特点在于结构简单,成本低廉,是一种有潜力的技术.本文将主要阐述快速傅里叶变换在OFDM系统.46.收稿日期;2010-0417调制解调方面的可能应用.OFDM技术是一种高频带利用率的多载波调制技术,它在提高频带利用率的同时也能有效地抵抗字符问干扰.目前OFDM技术已经被广泛应用于广播式的音频,视频领域和民用通信系统.在OFDM系统中引入了正交的子载波,使得它的频带利用率比以前任何一种调制技术都要高.此外,OFDM还易于结合编码,分集,干扰抑制及智能天线等新技术,提高物理层信息传输的可靠性.如果再结合自适应调制,自适应编码以及动第10卷第9期崔丽珍,王慧琴,马勇:基于FPGA的OFDM调制解调系统设计与实现态子载波分配等技术,可以进一步优化系统性能.2IFFT/FFT在OFMD中的应用快速傅里叶变换是一个相对成熟和完善的算法,该算法因其方便,快捷和有效性在很多领域得到广泛应用.傅里叶变换独特的蝶型运算不仅在现有的通信与信号处理方面具有很强的优势,在OFDM系统中同样也能起到一定的作用.OFDM的基带系统框图如图1所示,OFDM系统的调制和解调分别由IFFT和FFT完成.图1OFDM基带系统框图本设计采用Xilinx的IP核FFTV5.0实现IFFT功能.FFT核提供四种不同的结构:Pipelined,SteamingI/O项对应着流水线连续I/0模式,Radix一4,BurstI/O对应着基4的突发I/O算法,Radix一2,BurstI/0和Radix-2Lite,BurstI/O对应着基2算法.我们设计采用64点Pipelined,StreamingI/O项.FTT核的模块框图如图2所示,根据使用要求,对FFT核的参数进行相应设置.由于FFT核进行傅里叶变换的方向,点数和蝶形运算的缩放比例因子都是实时可配置的,在每次发送数据开始前进行整个处理器的全局复位时对这3个参数进行设置.本设计FFT核所有参数设置如表1所示.3在ISE环境下的仿真结果在ISE环境下,综合完成之后,可以通过双击ViewRTLSchematics来查看RTL级结构图,ISE会自动调用原理图编辑器ECS来浏览RTL结构.本设计所得到的RTL级结构图如图3所示,通过分析该结构图,我们发现综合结果符合本设计的意图.对工程文件进行综合,布局布线后仿真,得到如图4的仿真结果.从图中我们可以看出由于rfd信号一直为高,说明FFT核一直通过xnre,xnim加载输入,因此dv信号也一直为高,表明输出有效.每隔l6个周期,edone信号变高,且在下一个周期done信号变高,符合核信号的时序特征.利用MATLAB对输出结果分析,发现该仿真结果符合设计要求.图2FFTIPCore的模块框图表1FFT核的参数设置ParameterValue/OptionImplementationI/0DataWidthPhaseFactorWidthRoundingModeMemoryforDataMemoryforPhaseFactorsNFFTFWDINVOutputOrderingPipelined,SteamingI/O1616TruncationBlockRAMBlockRAMO1100Natura10rderxn_im(15:0)xkim(20:0)s:.clkxk_index(3:0)invbusydonefwdinvwedvedones眦rfd图3IFFT的RTL级结构图图4FFT的IPCore仿真波形.47.第10卷第9期电子与封装4结束语本文提出了基于FPGA的OFDM无线通信系统调制解调模块的快速算法.在ISE环境下运用IP核实现了该算法,并对OFDM无线通信系统中快速傅里叶变换算法进行仿真,其仿真结果符合设计要求.参考文献:【1】佟学俭.OFDM移动通信技术原理与应用M】.北京:人民邮电出版社,2003.【2】丁玉美,高西全,等擞字信号处理(第2版)【M.西安:西安电子科技大学出版社,2000.【3】史治国,洪少华,等.基于XILINXFPCA的OFDM通信系统基带设计【M】.杭州:浙江大学出版社,2009.【4】田耘,叙文波,等.XilinxISEDesignSuite10.XFPGA开发指南M】.北京:人民邮电出版社,2008.【5】樊昌信,张甫翊,吴成柯,等.通信原理(第5版)M】.北京:国防工业出版社,2001.【6】夏宇闻.Verilog数字设计教程M.北京:北京航空航天大学出版社,2003.【7J李建.OFDM基带调制系统在FPGA上的实现D.东南大学.2004.【8】EDA先锋工作室编着.FPGA/CPLD设计工具xilinxISE5.x使用详解M.北京:人民邮电出版社,2003.9】SHe,MYorkelson.DesigningpipelineFFTprocessorforOFDM(de)modulationJ.ISSSE,1998.257262.作者简介:崔丽珍(1968一),女,内蒙古包头市人,硕士,教授,硕士生导师,主要研究方向为DSP,FPGA应用和现代通信技术;王慧琴(1984一),女,内蒙古包头市人,硕士研究生,主要研究方向为现代通信技术和FPGA应用;马勇(1986一),男,山东菏泽人,硕士研究生,主要研究方向为数字信号处理和现代通信技术.(上接第27页)【1】徐景硕.基于8位单片机的ARINCA29总线接口【J.电子技术,2001,(82931.【2】王六顺,刘文波,党万胜,等.基于DSP的ARINC429通信板的研NJ】.电子技术应用,2000,26(12).4749.【3JDEI公司.DEIIO16datasheetS】.2000.【4宋万杰,罗丰,吴顺君.CPLD技术及其应用M.西安:西安电子科技大学出版社,1999.193一l98.作者简介:屈凌翔(1981-),男,浙江人,毕业于电子科技大学,现在中国电子科技集团公司第58研究所九部从事大规模集成电路设计与研究工作.(上接第40页)得最优化条件,得到了Ar,CHF,O,的最佳配比.实验验证结果良好,选择比得到较大的提高,有源区腐蚀中SiO.损失可以控制在合理范围内,且平面,剖面形貌等各种参数符合产品要求.这对以后半导体产品良率的提升具有一定的参考价值.参考文献:【1】WangChundong,TengBaohua,ZhangXianjun,eta1.InvestigationoftheseedinglayereffectforaferroelectricthinfilmwiththetransverseIsingmodelJl_PhysicaA,2009,388:14721478.【2】MichaelQuirk,JulianSerda.韩郑生等译.半导体制造技术【M.北京:电子工业出版社,2004.48.【3】施敏.半导体期