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基于FPGA的OFDM调制解调器研究与实现
基于FPGA的OFDM调制解调器研究与实现
OFDM技术是现代通信领域中使用最为广泛的一种数字调制技术，在无线通信、数字电视等领域有着广泛的应用。基于FPGA的OFDM调制解调器，具有运算速度快、功耗低、可编程性强等优点，是OFDM技术的重要实现手段。
一、OFDM技术原理
OFDM技术是一种基于频分复用的数字调制技术，其充分利用了高速数字处理技术，将原本需要使用大带宽的信号通过将其分频后转化为低速的子信号，使得不同子信号之间不会产生任何干扰，从而实现高效率的数据传输。OFDM技术的主要实现原理是，将待发送的数据序列分为若干个数据块，每个数据块采用快速傅里叶变换（FFT）的方式进行变换，将信号分成若干个相邻的子信道进行传输，这些子信道之间的频带与相邻信道之间不重叠，在接收端进行多路复用解调后，将重组成完整的原始信号序列。
二、OFDM调制解调器实现的研究及设计
基于FPGA实现OFDM调制解调器，一般采用数字信号处理(digitalsignalprocessing,DSP)芯片或FPGA芯片作为关键器件，其实现原理是将原始的数据符号流通过FFT变换、功率加权和循环前缀添加等操作形成频域的OFDM符号，然后将OFDM符号进行IFFT(反傅里叶变换)操作，从而形成时域的OFDM符号序列进行发送，接收端将接收到的时域的OFDM符号序列进行FFT变换、功率逆加权和循环前缀删除等操作，最后恢复原始数据符号流的过程。
三、实验模块设计
1、正交频分复用（OFDM）发生器设计：
OFDM发生器的主要作用是将不同符号转化成不同的频率信号分布到不同频带上，首先，将待调制的数据序列分为多个小块并添加循环前缀和PBRS信号，接着对其进行频域转换操作，最终将多路OFDM信号通过DAC进行数字模拟转换后，输出到安装好的天线系统实现数据的传输。
2、基于OFDM的同步告警设计：
进行同步告警的操作，主要是解决发送和接收的数据块由于在传输过程中存在相位误差和钟差漂移等问题，导致接收到得数据不一定完整和准确情况，因此需要同步告警设计模块来将数据进行精确的同步操作，主要是通过多跳质押插值的方法来完成，将接收到的OFDM数据序列组成频域数据块，然后根据频率补偿获得OFDM训练序列与相邻子信道信息，进行数据的分组处理，再通过插值器的插值方法获取到精准的同步时间点并进行告警操作。
3、OFDM解调器设计：
接收端的OFDM解调器主要模块有两个，一个是正交相干解调模块，另外一个是载波频率同步模块。对于正交相干解调模块，其主要作用是，首先对接收到的数据进行DFT变换，从而获得稳定的接收时域OFDM符号序列，然后结合相位矫正操作恢复出数据，并去除循环前缀和PBRS信号，最终形成原始的数据序列。而对于载波频率同步模块，其主要功能是计算出接收频率，然后通过振荡器与本地输入信号向量相结合获得同步频率，并对接收到的OFDM数据序列进行FFT变换从而获得的解调后的频域符号。
四、总结
OFDM技术是面向未来的数字通信技术之一，其性能表现高效、可扩展性强、对于复杂多路径干扰的抑制效果好，不仅提高了通信系统的数据传输效率，而且可以方便快捷地实现搭建无线数字通信系统。基于FPGA器件实现OFDM调制解调器具有很强的可编程性和低功率消耗等优点，因此更加适用于OFDM通信系统的实现和应用中。