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1、基于FPGA的OFDM調(diào)制器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)胡同花1周維龍2（1，永州職業(yè)技術(shù)學(xué)院湖南永州 4251002，湖南工業(yè)大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院湖南株洲412008）摘要：介紹了OFDM信號(hào)的優(yōu)點(diǎn)，并分析了其實(shí)現(xiàn)原理，提出一種OFDM高性能數(shù)字調(diào)制器的FPGA實(shí)現(xiàn)方案；采用自頂向下的設(shè)計(jì)思想，將系統(tǒng)分成FIR濾波器、數(shù)控振蕩器、移相器、乘法電路和加法電路等五大模塊，重點(diǎn)論述了FIR濾波器、數(shù)控振蕩器的實(shí)現(xiàn)，用原理圖輸入、VHDL語(yǔ)言設(shè)計(jì)和調(diào)用FIRIP核相結(jié)合的多種設(shè)計(jì)方法，分別實(shí)現(xiàn)了各模塊的具體設(shè)計(jì)，并給出了其在QuartusII環(huán)境下的仿
2、真結(jié)果。結(jié)果表明，基于FPGA的OFDM調(diào)制器，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，便于修改和調(diào)試，性能穩(wěn)定。關(guān)鍵詞：OFDM，F(xiàn)PGA，F(xiàn)IR濾波器，數(shù)控振蕩器DesignandRealizationofOFDMModulationBasedonFPGATechniqueHU-Tonghua1ZHOU-Weilong2(1,YongzhouVocationaltechnicalcollegeYongzhouHunan4251002,HunanUniversityofTechnologyZhuzhouHunan412008)Abstract:Thisart
3、icleintroducedtheadvantageofOFDM,andanalyzedtheimplementationprinciple.theproposedahigh-preformanceOFDMdigitalmodulator’simplementationmethodbasedonFPGA;ThesystemisdiviedintoFIRfilter、NCO、phaseshifter、multiplicationcircuitandadderusingTop-to-Downdesign;Andachievedthes
4、pecificdesignofeachmodulebyschematic、VHDL、andFIRcore;ThesimulationandexperimentofFPGAdesignweregivenwithQuartusII.Resultshows,theOFDMmodulatorbasedonFPGA,simpleindesign,convenienttomodifyordebug,anditoperatesstable.Keywords:OFDM,FPGA,FIRFilter,NCO0引言O(shè)FDM系統(tǒng)的基本思想是把高速傳輸?shù)?/p>
5、數(shù)據(jù)流通過(guò)串并轉(zhuǎn)換，分配到傳輸速率相對(duì)較低的若干個(gè)正交的子信道中進(jìn)行傳輸。它通過(guò)降低每個(gè)子信道上的數(shù)據(jù)通信速率從而有效的降低由多徑傳輸引起的碼間干擾；并且OFDM系統(tǒng)與CDMA技術(shù)的結(jié)合使得OFDM系統(tǒng)在未來(lái)的移動(dòng)通信中有著更廣泛應(yīng)用前景的可能性。OFDM設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)：一是無(wú)需線性均衡，從而避免了噪聲的增強(qiáng)，而且由于它的符號(hào)間隔很長(zhǎng)，對(duì)多徑效應(yīng)、脈沖噪聲和快速衰落有較強(qiáng)的抵抗能力；二是由于子載波是相互正交的，所以頻譜可以交疊使用，頻譜利用率比普通的多載波系統(tǒng)要高得多。為了防止各子信道之間的串?dāng)_，OFDM要求子載波相互正交。利用這種正交
6、性，接收機(jī)能正確分離開(kāi)各個(gè)子數(shù)據(jù)流。為了保證子載波之間的正交性，OFDM要求各子載波在時(shí)間、頻率上均保持同步，而且要求相鄰子載波的頻率間隔為OFDM的有效符號(hào)時(shí)間間隔T的倒數(shù)[1]。1實(shí)現(xiàn)原理[2]使用數(shù)字中頻對(duì)信號(hào)進(jìn)行I/Q調(diào)制可以精確地做到Q路的90°相移，在I/Q兩路調(diào)制時(shí)沒(méi)有幅度上的失真，所以在很大程度上克服了模擬I/Q調(diào)制的幅度和相位不平衡性。由于使用數(shù)字電路，克服了模擬混頻電路非線性的影響，減少了非線性交調(diào)產(chǎn)生的諧波干擾。使用數(shù)字電路設(shè)計(jì)混頻器、濾波器簡(jiǎn)化了硬件電路設(shè)計(jì)。由于FPGA的可編程性，使用FPGA實(shí)現(xiàn)數(shù)字中頻
7、，可以提高系統(tǒng)的可編程性。在FPGA中OFDM的數(shù)字中頻在發(fā)射部分使用平方根升余弦濾波器對(duì)基帶信號(hào)濾波，以消除符號(hào)間干擾，濾波后的I/Q兩路信號(hào)通過(guò)乘法器與NCO中的正弦和余弦中頻載波相乘完成I/Q調(diào)制，最后兩路信號(hào)相加通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換送入射頻部分。如圖1所示，其中關(guān)鍵的技術(shù)就是濾波器和數(shù)字壓控振蕩器的設(shè)計(jì)。本文祥細(xì)介紹了FIR濾波器和NCO的FPGA實(shí)現(xiàn)方法，并結(jié)合QuratusII給出了相應(yīng)的仿真波形。圖1OFDM調(diào)制原理圖Fig.1ThediagramofOFDMmodulationprinciple2FIR濾波器的FPGA實(shí)
8、現(xiàn)Altera提供的FIRComplier是一個(gè)結(jié)合AlteraFPGA器件的FIRFilterCore，DSPBuilder與FIRCompiler可以緊密結(jié)合起來(lái)。DSPBuilder提供了一個(gè)FIRCore的應(yīng)用環(huán)境和仿真驗(yàn)證環(huán)境。2．1建立
