OFDM信道调制解调的仿真以及FPGA的实现。

简介：
OFDM信道调制解调的仿真及其FPGA设计：OFDM（正交频分复用）作为一种高效的多载波调制技术，其显著特征在于其卓越的传输速率以及强大的抗码间干扰和信道选择性衰落适应性。OFDM技术的关键在于快速傅立叶运算单元的应用，它取代了传统的多载波调制和解调方式，通过离散傅立叶反变换/离散傅立叶变换（IDFT/DFT）来实现。由于FPGA具备强大的并行处理能力、丰富的存储资源和逻辑运算资源，因此在FPGA器件上构建OFDM调制解调结构，能够提供极佳的通用性和可定制性。OFDM系统的各个载波之间实现正交性，一个信号内包含若干个整数个载波周期，且每个载波的频点与相邻载波的零点存在重叠，这种重叠特性有效地提升了频带利用率。每个子信道的频谱呈现sinx/x形的特性，各子信道频谱相互交叠，但在每个子信道的载频位置上，来自其他子信道的干扰则为零。OFDM系统的调制和解调过程分别由IFFT和FFT完成。IFFT将串行输入数据转换为并行数据，并进行编码以及星座图映射操作，最终生成频域数据。经过IFFT处理后相当于将信号调制到正交的N个f0、f1、...、fN-1子载波上，从而完成了正交频分复用。FFT则负责将时域数据转换成频域数据，从而实现了OFDM信号的解调。FPGA中的并行乘法器和加法器结构使得硬件实现OFDM的核心运算变得相对容易，进而有效地提升了OFDM调制解调的速度。软件仿真与设计通常采用MATLAB、硬件描述语言VHDL以及QuartusⅡ等工具进行仿真与设计工作。在仿真阶段中，通常使用随机信号作为输入信号并经过4QAM编码映射后进行再IFFT调制；随后该信号进入模拟信道进行数据传输，每帧信号包含512个点的数据样本。而在FPGA实现过程中，一般是在完成IFFT操作之后将结果暂时存储在RAM中；然后在从RAM中读取数据时采取部分重复读取的方式来复制一部分数据以形成循环前缀的操作。这种方法能够有效地对连续的数据流进行变换处理并满足系统的实时性要求。广泛应用于高速MODEM、数字移动通信以及无线调频信道上的宽带数据传输、数字音频广播、地面数字视频广播和高清晰度电视等领域中。OFDM技术的进步高度依赖于FPGA和VLSI技术的支持, 为该技术提供了坚实的硬件基础.