OFDM系统设计与FPGA实现

论文摘要

现代科学技术飞速发展,信息技术行业的更新也是日新月异。人们在享受高生活质量的同时,对服务质量也提出了更高的要求。人们对通信服务质量的要求越来越高。而已被选入无线局域网IEEE802.11a和HIPERLAN2标准的正交频分复用(OFDM)技术以其优越的性能自然会越来越受到人们的青睐。FPGA即现场可编程门阵列,它采用可编程的查找表(Look Up Table, LUT)结构,LUT是可编程的最小逻辑构成单元。目前市场上大部分的FPGA是基于SRAM(静态随机存储器)的查找表逻辑形成结构。而Xilinx公司的Spartan 3E系列的芯片是专为满足需要大容量而又对成本敏感的消费者的电子应用需求而设计的。它提供精度的范围从10万到160万系统门,并采用先进的90nm工艺制造。由于其成本低,开发周期短,Spartan 3E系列FPGA芯片已广泛应用于家庭网络、宽带接入,数字电视设备等领域。本设计中采用的就是Spartan 3E系列FPGA芯片Xc3s500E。作者的主要工作和本文主要内容为：1.根据系统要求划分功能模块,整个系统可分为发送和接收两大部分。其中发送部分主要包括加扰、交织、数字调制、IFFT、数模转换(DA)等模块,接收部分包括模数转换(AD)、定时同步、频偏校正、FFT、数字解调、解交织、解扰等模块。为每个模块选择电路,尽量选择成本低,元件容易购买,可靠性又高的电路。2.考虑到在一块板上不易实现数据的实时发送与接收,故在系统设计时将整个系统的发送部分与接收部分分开,用两块板来实现数据的发送与接收的同步进行。进而画出发送部分和接收部分所包含的功能模块的原理图,为原理图上每个元件确定封装,将原理图上的元器件导入到PCB板,进行布局布线,然后绘制电路板。3.用Xilinx工具ISE9.2建立各个模块的工程文件,用Verilog HDL硬件语言编写主要模块的程序,并分析了各模块的硬件实现方法。4.对整个系统设计进行总结,给出系统设计与实施过程中可以进一步改进之处。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 OFDM系统的历史和现状
• 1.2 研究的目的和意义
• 1.3 OFDM特点及原理
• 1.3.1 OFDM优缺点
• 1.3.2 OFDM数学模型
• 1.3.3 FFT在OFDM系统中的应用
• 1.3.4 保护间隔与循环前缀
• 2 OFDM系统硬件架构
• 2.1 硬件系统的FPGA设计流程
• 2.2 OFDM系统硬件平台
• 2.3 OFDM整体系统架构
• 2.4 电路板布局
• 3 OFDM发射机的设计
• 3.1 时钟生成模块
• 3.2 训练序列生成模块
• 3.3 SIGNAL符号的生成
• 3.4 Data Symbol生成过程
• 3.5 扰码模块生成
• 3.5.1 扰码原理
• 3.5.2 扰码模块的实现
• 3.6 交织模块生成
• 3.6.1 Signal符号交织的实现
• 3.6.2 Data符号交织的实现
• 3.7 Data符号调制
• 3.7.1 QAM
• 3.7.2 16QAM
• 3.7.3 16QAM模块实现
• 3.8 导频序列插入
• 3.9 IFFT和FFT
• 3.10 发射机主控制单元
• 4 OFDM接收机设计
• 4.1 定时同步
• 4.1.1 帧同步
• 4.1.2 符号同步
• 4.2 频偏校正同步
• 4.2.1 频偏校正算法的原理
• 4.2.2 频偏校正算法的硬件实现
• 4.3 整系统数据收发结果
• 5 总结与展望
• 参考文献
• 致谢