基于FPGA的OFDM调制解调系统设计与实现

崔丽珍，王慧琴，马 勇

（内蒙古科技大学信息工程学院，内蒙古 包头 014010）

基于FPGA的OFDM调制解调系统设计与实现

崔丽珍，王慧琴，马 勇

（内蒙古科技大学信息工程学院，内蒙古 包头 014010）

正交频分复用（OFDM）是第四代移动通信的核心技术，该技术在高速数据传输中得到了广泛的应用。文章给出了正交频分复用系统的基本模型和该系统所采用的调制与解调方法；根据OFMD的特点，本设计提出了一种基于IFFT/FFT的OFDM调制解调器的低成本FPGA的实现方法。在ISE环境下完成对OFDM无线通信系统中快速傅里叶变换算法的仿真, 仿真结果表明快速傅里叶变换在OFDM技术中具有一定的使用价值。实践证明，该方法具有设计简单、快速、高效和实时性等特点。

OFDM；调制；解调；FFT；IFFT

1 引言

为解决无线通信系统中多径衰落和加性噪声等问题，采用以正交频分复用为核心技术的OFDM无线通信系统。OFDM无线通信系统是一种多载波并行传输系统，通过延长传输符号的周期，可增强其抵抗回波的能力。与传统的均衡器比较，它最大的特点在于结构简单、成本低廉，是一种有潜力的技术。本文将主要阐述快速傅里叶变换在OFDM系统调制解调方面的可能应用。

OFDM技术是一种高频带利用率的多载波调制技术，它在提高频带利用率的同时也能有效地抵抗字符间干扰。目前OFDM技术已经被广泛应用于广播式的音频、视频领域和民用通信系统。在OFDM系统中引入了正交的子载波，使得它的频带利用率比以前任何一种调制技术都要高。

此外，OFDM还易于结合编码、分集、干扰抑制及智能天线等新技术，提高物理层信息传输的可靠性。如果再结合自适应调制、自适应编码以及动态子载波分配等技术，可以进一步优化系统性能。

2 IFFT/FFT在OFMD中的应用

快速傅里叶变换是一个相对成熟和完善的算法，该算法因其方便、快捷和有效性在很多领域得到广泛应用。傅里叶变换独特的蝶型运算不仅在现有的通信与信号处理方面具有很强的优势，在OFDM系统中同样也能起到一定的作用。

OFDM的基带系统框图如图1所示， OFDM系统的调制和解调分别由IFFT和FFT完成。

本设计采用Xilinx的IP核FFT V5.0实现IFFT功能。FFT核提供四种不同的结构：“Pipelined，Steaming I/O”项对应着流水线连续I/O模式，“Radix-4，Burst I/O”对应着基4的突发I/O算法，“Radix-2，Burst I/O”和 “Radix-2Lite，Burst I/O”对应着基2算法。我们设计采用64点Pipelined，Streaming I/O项。

FTT核的模块框图如图2所示，根据使用要求，对FFT核的参数进行相应设置。由于FFT核进行傅里叶变换的方向、点数和蝶形运算的缩放比例因子都是实时可配置的，在每次发送数据开始前进行整个处理器的全局复位时对这3个参数进行设置。本设计FFT核所有参数设置如表1所示。

3 在ISE环境下的仿真结果

在ISE环境下，综合完成之后，可以通过双击View RTL Schematics来查看RTL级结构图，ISE会自动调用原理图编辑器ECS来浏览RTL结构。本设计所得到的RTL级结构图如图3所示，通过分析该结构图，我们发现综合结果符合本设计的意图。

对工程文件进行综合、布局布线后仿真，得到如图4的仿真结果。从图中我们可以看出由于rfd信号一直为高，说明FFT核一直通过xn_re、xn_im加载输入，因此dv信号也一直为高，表明输出有效。每隔16个周期，edone信号变高，且在下一个周期d o n e信号变高，符合核信号的时序特征。利用MATLAB对输出结果分析，发现该仿真结果符合设计要求。

4 结束语

本文提出了基于FPGA的OFDM无线通信系统调制解调模块的快速算法。在ISE环境下运用IP核实现了该算法，并对OFDM无线通信系统中快速傅里叶变换算法进行仿真，其仿真结果符合设计要求。

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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

崔丽珍（1968-），女，内蒙古包头市人，硕士，教授，硕士生导师，主要研究方向为DSP、FPGA应用和现代通信技术；

王慧琴（1984-），女，内蒙古包头市人，硕士研究生，主要研究方向为现代通信技术和FPGA应用；

马 勇（1986-），男，山东菏泽人，硕士研究生，主要研究方向为数字信号处理和现代通信技术。