基于FPGA的OFDM信号实现

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正交频率复用(OFDM)技术是无线通信中的重要组成部分,它高效的调制方式、由载波正交带来的更有效的频谱利用率以及由宽带带来的对抗色散信道干扰的优势,使得它广泛应用于包括无线局域网(WLAN)在内的众多通信标准当中。传统的OFDM基带信号调制都是采用快速傅立叶反变换(IFFT)为结构,这种结构存在算术运算复杂、传输延时高等缺陷。随着时代的进一步发展,近几年也提出了基于直接数字频率合成(DDS)实现OFDM的基带信号调制,与采用IFFT的OFDM系统从频域进行调制信号合成不同,这种方式从时域完成子载波的调制和所有载波的累加,不需要使用IFFT中繁杂的乘法运算,同时有更小的传输延迟。本文对基于DDS的OFDM基带信号调制进行进一步研究,力求更进一步优化该OFDM系统的系统结构,并完成相应的电路设计。本文主要选择DDS算法中的CORDIC算法作为OFDM基带信号调制架构。与基于ROM结构的DDS实现OFDM基带信号调制相比,能够避免ROM结构中存储资源繁杂的问题。为了进一步减小该基于CORDIC算法的OFDM调制结构的硬件资源消耗,本文对DDS中的两个基本参数相位截断位数和幅度量化位数对于该OFDM结构的影响进行了深入研究。本文的主要研究内容主要包括:首先,本文以CORDIC算法为架构,基于FPGA设计了一种基于IEEE802.11g协议的OFDM发射机,除了基于CORDIC算法的OFDM调制结构以外,还包括信道编码、导频插入和循环前缀(CP)插入等模块。并通过仿真建立WLAN的典型传输信道模型以及OFDM的接收机模型,根据这两个模型仿真该OFDM发射机在实际信道中的性能。其次,相位截断和幅度量化将DDS的输入相位与输出幅度量化,它们的精度对应该OFDM结构的频谱纯度。本文通过分析这两个参数对于OFDM基带信号中引入的杂散分布情况以及这些杂散对于OFDM系统的误码率影响,通过调节这两个参数,在它们引入杂散不影响系统性能的情况下,最小化该系统的硬件结构。最后,本文完成该OFDM发射机的电路设计,该发射机电路满足WLAN中IEEE802.11g协议的基本要求。
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