基于FPGA的OFDM調制解調系統設計與實現

崔麗珍，王慧琴，馬 勇

（內蒙古科技大學信息工程學院，內蒙古 包頭 014010）

基于FPGA的OFDM調制解調系統設計與實現

崔麗珍，王慧琴，馬 勇

（內蒙古科技大學信息工程學院，內蒙古 包頭 014010）

正交頻分復用（OFDM）是第四代移動通信的核心技術，該技術在高速數據傳輸中得到了廣泛的應用。文章給出了正交頻分復用系統的基本模型和該系統所采用的調制與解調方法；根據OFMD的特點，本設計提出了一種基于IFFT/FFT的OFDM調制解調器的低成本FPGA的實現方法。在ISE環境下完成對OFDM無線通信系統中快速傅里葉變換算法的仿真, 仿真結果表明快速傅里葉變換在OFDM技術中具有一定的使用價值。實踐證明，該方法具有設計簡單、快速、高效和實時性等特點。

OFDM；調制；解調；FFT；IFFT

1 引言

為解決無線通信系統中多徑衰落和加性噪聲等問題，采用以正交頻分復用為核心技術的OFDM無線通信系統。OFDM無線通信系統是一種多載波并行傳輸系統，通過延長傳輸符號的周期，可增強其抵抗回波的能力。與傳統的均衡器比較，它最大的特點在于結構簡單、成本低廉，是一種有潛力的技術。本文將主要闡述快速傅里葉變換在OFDM系統調制解調方面的可能應用。

OFDM技術是一種高頻帶利用率的多載波調制技術，它在提高頻帶利用率的同時也能有效地抵抗字符間干擾。目前OFDM技術已經被廣泛應用于廣播式的音頻、視頻領域和民用通信系統。在OFDM系統中引入了正交的子載波，使得它的頻帶利用率比以前任何一種調制技術都要高。

此外，OFDM還易于結合編碼、分集、干擾抑制及智能天線等新技術，提高物理層信息傳輸的可靠性。如果再結合自適應調制、自適應編碼以及動態子載波分配等技術，可以進一步優化系統性能。

2 IFFT/FFT在OFMD中的應用

快速傅里葉變換是一個相對成熟和完善的算法，該算法因其方便、快捷和有效性在很多領域得到廣泛應用。傅里葉變換獨特的蝶型運算不僅在現有的通信與信號處理方面具有很強的優勢，在OFDM系統中同樣也能起到一定的作用。

OFDM的基帶系統框圖如圖1所示， OFDM系統的調制和解調分別由IFFT和FFT完成。

本設計采用Xilinx的IP核FFT V5.0實現IFFT功能。FFT核提供四種不同的結構：“Pipelined，Steaming I/O”項對應著流水線連續I/O模式，“Radix-4，Burst I/O”對應著基4的突發I/O算法，“Radix-2，Burst I/O”和 “Radix-2Lite，Burst I/O”對應著基2算法。我們設計采用64點Pipelined，Streaming I/O項。

FTT核的模塊框圖如圖2所示，根據使用要求，對FFT核的參數進行相應設置。由于FFT核進行傅里葉變換的方向、點數和蝶形運算的縮放比例因子都是實時可配置的，在每次發送數據開始前進行整個處理器的全局復位時對這3個參數進行設置。本設計FFT核所有參數設置如表1所示。

3 在ISE環境下的仿真結果

在ISE環境下，綜合完成之后，可以通過雙擊View RTL Schematics來查看RTL級結構圖，ISE會自動調用原理圖編輯器ECS來瀏覽RTL結構。本設計所得到的RTL級結構圖如圖3所示，通過分析該結構圖，我們發現綜合結果符合本設計的意圖。

對工程文件進行綜合、布局布線后仿真，得到如圖4的仿真結果。從圖中我們可以看出由于rfd信號一直為高，說明FFT核一直通過xn_re、xn_im加載輸入，因此dv信號也一直為高，表明輸出有效。每隔16個周期，edone信號變高，且在下一個周期d o n e信號變高，符合核信號的時序特征。利用MATLAB對輸出結果分析，發現該仿真結果符合設計要求。

4 結束語

本文提出了基于FPGA的OFDM無線通信系統調制解調模塊的快速算法。在ISE環境下運用IP核實現了該算法，并對OFDM無線通信系統中快速傅里葉變換算法進行仿真，其仿真結果符合設計要求。

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Application of IFFT/FFT in OFDM Systems

CUI Li-zhen, WANG Hui-qin, MA Yong
（Information Engineering Institute,Inner Mongolia University of Technology,Baotou014010,China）

OFDM is the key technology of 4G in the mobile communication and the technology in high-speed data transmission has been widely used. This paper gives the basic model of orthogonal frequency division multiplexing system and the system used by the method of modulation and demodulation. According to the characteristics of OFDM, the design proposes a low-cost FPGA implementation way of OFDM modem based on IFFT/FFT. In the ISE environment, this paper simulates fast Fourier transform of OFDM wireless communication system. The simulation result shows the definite importance of IFFT/FFT to OFDM in practical application. The experiences show that the method is simple, fast, efficient and real time and so on.

OFDM; modulation; demodulation; FFT; IFFT

TN402

A

1681-1070（2010）09-0046-03

2010-04-17

崔麗珍（1968-），女，內蒙古包頭市人，碩士，教授，碩士生導師，主要研究方向為DSP、FPGA應用和現代通信技術；

王慧琴（1984-），女，內蒙古包頭市人，碩士研究生，主要研究方向為現代通信技術和FPGA應用；

馬 勇（1986-），男，山東菏澤人，碩士研究生，主要研究方向為數字信號處理和現代通信技術。