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OFDM(正交频分复用)是一种无线环境下的高速传输技术。这种技术是HPA联盟(HomePlug Powerline Alliance)工业规范的基础,由于它有很好的抗多径能力,因此常常会被利用在容易外界干扰或者抵抗外界干扰能力较差的传输介质中。目前OFDM技术已经被广泛应用于广播式的音频和视频领域和民用通信系统中,主要的应用包括:非对称的数字用户环路(ADSL)、ETSI标准的数字音频广播(DAB)、数字视频广播(DVB)、高清晰度电视(HDTV)、无线局域网(WLAN)等。
目前在OFDM的理论方面国内虽然有不少的研究,但一般没有涉及到硬件设计与实现。使用HDL语言进行FPGA的硬件开发目前在国内还是一种全新的工作,因此对OFDM系统的研究与设计有助于前沿科学技术的经验积累,为以后在无线局域网及第四代移动通信方面的研究有重要的意义。
本文首先介绍了OFDM技术的发展及实际应用,分析了OFDM系统的传输原理及其特点。在此基础上,提出了一个基于OFDM技术的宽带数字无线传输系统方案。本文详细阐述了该宽带数字无线传输系统的组帧与拆帧技术的设计方法,包括FFT/IFFT变换、插导频、加循环前缀等。其中重点研究了基于FPGA的64点定点FFT/IFFT处理器的设计。针对OFDM无线传输系统的特性,研究如何对系统数据流格式进行合理的定义,从而有效地提高了系统的处理精度。文中给出了一种能够实现高速运算的流水线与并行方式的系统结构,充分利用了FPGA芯片的硬件资源,解决瓶颈问题,提高系统时钟频率,达到完成高速的处理运算。
最后,利用Matlab、Quartus II、ModelSim等仿真、设计、编译软件平台,采用相关软硬件测试手段,在Altera公司的Stratix开发板上完成了该宽带数字无线传输系统的FPGA实现和调试。
本文所提出的OFDM系统组拆帧技术与及对FFT/IFFT变换相应的优化乃对本项目的一种设计与应用,尽管用于各种具体的OFDM系统会有所改动,但仍属于无线数字传输系统中有效的设计方式。希望本文对从事无线传输系统研究与设计的技术人员可以起到有益的参考与启发价值。