基于FPGA的OFDM调制解调器研究与实现

论文摘要

OFDM(正交频分复用)技术作为一种多载波调制技术,具有频谱利用率高、抗频率选择性衰落、抗码间干扰能力强等优点,适用于无线信道中的高速数据传输,因而具有广泛的应用前景。当前,OFDM技术已经被采纳为多种通信标准的物理层技术,被普遍认为是下一代移动通信系统中的关键技术。目前,对于OFDM技术的理论研究及仿真性能已经日趋成熟,而无线通信系统的应用离不开硬件实现,本文参考802.11a协议的物理层算法,设计了一个基于FPGA(现场可编程门阵列)的OFDM基带硬件通信系统,可以实现OFDM技术的全部基本流程。调制端包括扰码模块、卷积模块、交织模块、16QAM调制模块、IFFT模块、加CP(循环前缀)模块等；解调端包括OFDM同步和信道估计模块、均衡模块、FFT模块、解调模块、解交织模块、解码模块、解扰模块等。同时,本设计针对OFDM定时同步的FPGA实现的问题,提出并实现了一种基于改进AMDF算法的OFDM同步方案,为AMDF算法在OFDM通信系统中的应用提供了一种可行的硬件实现方法；针对IFFT模块硬件资源古用较大的问题,采用了burst I/O模式的IP CORE(知识产权核),并用两个双口ram转换时钟域的方法加快burstI/O模式的处理速度,实现了系统性能与资源占用的折中；针对信道时间选择性衰落和频率选择性衰落对系统的影响,本设计在解调端利用长训练序列实现了信道估计与均衡算法。本文根据802.11a的定义,结合OFDM技术和导频序列的特性,实现了信道估计和均衡模块处理功能。本设计给出了各个关键模块的实现方案并测试通过,其实现方法对其他通信系统的设计具有一定的参考意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 课题来源以及主要研究内容
• 1.3 课题研究中的难点和创新点
• 1.4 论文组织结构
• 第二章 OFDM原理及系统设计
• 2.1 概述
• 2.2 OFDM基本原理
• 2.3 系统设计
• 2.3.1 IEEE 802.11a原理
• 2.3.2 OFDM调制器结构设计
• 2.3.3 OFDM解调器结构设计
• 2.4 结论
• 第三章 OFDM调制器的设计与实现
• 3.1 概述
• 3.2 OFDM调制器功能模块设计与实现
• 3.2.1 扰码器的设计与实现
• 3.2.2 卷积编码模块的设计与实现
• 3.2.3 交织模块的设计与实现
• 3.2.4 16QAM映射模块的设计与实现
• 3.2.5 IFFT模块的设计与实现
• 3.2.6 加循环前缀模块的设计与实现
• 3.2.7 训练序列产生模块的设计与实现
• 3.2.8 OFDM调制器模块实现
• 3.3 结论
• 第四章 OFDM解调器的设计与实现
• 4.1 概述
• 4.2 OFDM解调器功能模块设计与实现
• 4.2.1 OFDM同步技术简介
• 4.2.2 定时估计的设计与实现
• 4.2.3 载波频率同步的设计与实现
• 4.2.4 信道估计与均衡的设计与实现
• 4.2.5 FFT模块的设计与实现
• 4.2.6 解映射的设计与实现
• 4.2.7 解交织的设计与实现
• 4.2.8 Viterbi译码器的设计与实现
• 4.2.9 解扰的设计与实现
• 4.3 结论
• 第五章 系统硬件实现
• 5.1 OFDM系统硬件实现
• 5.2 结论
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 作者与导师简介
• 附录