基于FPGA的OFDM改进调制解调器设计.pdf

万方数据

基于FPGA的OFDM改进调制解调器设计exp(j2，r等)d。一∑s；exp(--j2zr等)吴金红，曹建，赵ModulatorTr睾]0≤￡≤T岩oFDM5(￡)一∑d。exp[jZSk—s(kT／N)一∑disi一∑彬exp(一j2mk／N)Sk一[∑西exp(一j2莉k／N)]+improvedDemodulatorOFDM的基本原理DesignofandBasedFPGAWu引言(中南大学物理科学与计算技术学院，湖南长沙410082)Jinhong，CaoJian，Zhao随着无线通信技术的发展以及对高速和可靠传输的要求，OFDM技术应用越来越广泛，成为通信的研究热点之一。调制解调器是OFDM系统中的关键部分，其决定着整个OFDM系统的整体性能。近年来由于VLSI和DSP技术的发展，解决了OFDM调制解调器实现的硬件条件，从而使OFDM技术得到了更大的发展。在OFDM全数字基带传输系统设计中，常采用IFFT／FFT来实现调制解调。关于FFT流水线处理器的算法主要是基于Radix--2和Radix一4的．两者比较而言，基4算法速度快，但占用资源多[1]。本文提出采用基22算法来简化基4算法，该方法在保留了基2算法简单蝶形结构的基础上，几乎具有与基4算法相同的处理速度，同时还节省了硬件资源。OFDM的基本原理是[2]：在发送端，把高速率的信源信息流通过串并转换，变成低速率的N路并行数据流，然后将这N路数据流分别调制到N个互相正交的子载波上，再将N路调制后的信号并串转换，通过射频信道发射出去；在接收端，对接收信号进行采样，然后使用N个子载波进行N路解调，再将这N路解调信号并串转换输出，恢复出发送的原始信号。假设N表示子载波的个数，T表示OFDM符号的持续时间(周期)，d：(i一0，1，2，⋯，N一1)是分配给每个子信道的数据符号，则OFDM的基带信号为：其中S(￡)的实部和虚部分别对应于OFDM符号的同相(In—phase)和正交(Quadrature--phase)分量。在实际系统中可以分别于相应子载波的COS分量和sin分量相乘，构成最终的子信道信号和合成OFDM符号。对信号S(f)以T／N的速率进行抽样，即令￡一^T／N(女一0，1，2，⋯，N一1)，则得到调制后信号为：可以看到，S；等效为对d：进行IDFT运算。同样，在接收端，为了恢复出原始的数据符号d。，可以对S。进行逆变换(即DFT)，得到解调后信号为：根据以上分析可以看到，式(2)和式(3)分别与IDFT／DFT形式相同，因此OFDM系统的调制和解调器可以分别用IDFT和DFT来实现。对式(2)取共轭为再取一次共轭为由式(4)和式(5)可以得到0FDM系统调制解调过程中，利用DFT来计算IDFT的方法：首先将原始数据序列d，取共轭得到di"，然后对刃进行DFT运算，最后将DFT的中华测控网文章编号：1671—4598(2010)12—2815一03中图分类号：TN911．3文献标识码：A摘要：调制解调器是OFDM系统的关键部分；分析了IFFT／FFT的实现OFDM系统调制解调器的算法原理，对传统FFT的基4蝶形算法进行改进，提出采用基22按频率抽取(DIF)的蝶形单元，来简化基4DIF蝶形单元；设计了64点32bit字长的基22DIFIFFT／FFT模块，可应用于IEEE802．1la调制解调器。与Xilinx公司的64点基4FFTIPCore相比，该方法在满足高速数据处理的同时，节省了近12％的FPGA硬件资源；随着FFT点数的增加，节省的硬件资源更加显著。关键词：正交频分复用；现场可编程门阵列；调制解调；快速傅里叶变换onYan410082，China)Abstraet：Modulatorneeds．Withwords：OFDM；fieldarray；modulation／demodulation；FFTO1收稿日期：2010—04—06；修回日期：2010—05—15。基金项目：国家自然科学基金资助项目(50277039)。作者简介：吴金红(1983一)，男，湖北黄石人，硕士生，主要从事无线通信和SOC设计方向的研究。曹建，教授，主要从事信号信息处理方向的研究。(1)(2)(3)(4)chinamca．corn(SchoolPhysicsScienceTechnology，CentralSouthUniversity，ChangshademodulatorkeyOFDMsystem．ThebasicprinciplemodulatorbasedIFFT／FFTanalyzed．ImprovementmadethetraditionalRadix一4butterflyunit。andweRadix—DIFsimplifyRadix--4DI