【正文】 給出本設(shè)計(jì)的研究背景及意義，然后對OFDM技術(shù)，其優(yōu)缺點(diǎn)，應(yīng)用與發(fā)展進(jìn)行描述，并提出論文的研究內(nèi)容和結(jié)構(gòu)安排。第二章重點(diǎn)描述FPGA及其設(shè)計(jì),并對硬件描述語言verilog HDL的特點(diǎn)與其描述優(yōu)勢進(jìn)行簡要的介紹。第三章介紹了本設(shè)計(jì)開發(fā)過程中涉及到的軟硬件開發(fā)平臺(tái)。第四章詳細(xì)描述如何利用ISE集成的工具完成上述基于FPGA的OFDM系統(tǒng)開發(fā)過程，并給出相應(yīng)的仿真測試數(shù)據(jù)。第五章為文章的總結(jié)與展望。關(guān)鍵詞：OFDM,FPGA,verilog HDL,FFT/IFFT,ISEAbstractOrthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) is a key technology in broadband wireless the user demand of multimedia services and highspeed mobile service increase so rapidly,OFDM technology is widely used for its high spectrum efficiency, antimultipath fading capability and good performance against the characteristics of narrowband interference.Now the third generation mobile munication licenses have been issued in our country and 3G has been putting into mercial at this time,the study of the fourth generation mobile munication system has been carried out in full key technology to the 4G,OFDM is now winning unprecedented attention.FPGA (field programmable gate array logic) is a programmable logic device, which shortens the design time,requires less investment and can help reduce the ,FPGAs can be modified and programmed repeatedly,until the design fully satifies user demands,thus having unparalleled convenience and features allow FPGA to achieve OFDM munication system transceive modules with high performance. In this paper,we focus on the synthesis and implementation for modulation and demodulation of ofdm system.The first chapter first gives the design background and significance of the an overview of OFDM technology is given,including its advantages and disadvantages,its applications and the end of this section,we will have a look at the content and the structure of the article.The second chapter will focus on description of FPGA and related designs,then brief introduction of verilog HDL is given,mainly about the characteristics and advantages.The third chapter, the article makes an introduction of the software and hardware development platform involved in the design.In the fourth chapter, detailed description of how to use ISE tools to plete the integration of an FPGAbased OFDM system is given together with the related data.Finally in chapter five,we have the conclusions and outlooks for the design.Key Words：OFDM,FPGA,verilog HDL,FFT/IFFT,ISE 1 緒論 研究背景及意義進(jìn)入新的世紀(jì)，通信技術(shù)有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，伴隨著人們對寬帶和多媒體務(wù)需求的增加，第三代移動(dòng)通信成為了當(dāng)今研究的重點(diǎn)。雖然第三代移動(dòng)通信比現(xiàn)有的傳輸速率快上千倍，但其數(shù)據(jù)傳輸速率也僅有2Mbit/s，第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)計(jì)劃已經(jīng)開始研究。第四代移動(dòng)通信以正交頻分復(fù)用(Orthogonal Frequeney Division Mutiplexing， OFDM)為核心技術(shù)。較之第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)，采用多種新技術(shù)的ODFM具有更高的頻譜利用率和良好的抗多徑干擾能力，它不僅僅可以增加系統(tǒng)容量，更重要的是它能更好地滿足多媒體通信要求，將包括語音、數(shù)據(jù)、影像等大量信息的多媒體業(yè)務(wù)通過寬頻信道高品質(zhì)地傳送出去。對于OFDM技術(shù)的研究可以使我們能夠更好的掌控未來通信技術(shù)的發(fā)展方向，為通信提供更有效的解決方案。隨著中國聯(lián)通正式宣布WCDMA試商用，中國移動(dòng)的TDSCDMA標(biāo)準(zhǔn)則在去年4月份開始試商用，目前在全國36個(gè)城市已可以用上TD服務(wù)，而電信本月也開通了在全國120個(gè)城市的CDMA2000的商用，我國電信業(yè)正式進(jìn)入了3G時(shí)代。目前用戶對移動(dòng)通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾屎唾|(zhì)量要求越來越高，同時(shí)隨著DSP技術(shù)，自適應(yīng)技術(shù)，均衡技術(shù),軟件無線電技術(shù)，F(xiàn)FT技術(shù)，軟判決技術(shù)的不斷完善發(fā)展，OFDM作為一種有效對抗多徑傳輸和載波間干擾的技術(shù)，得到了越來越廣泛的應(yīng)用。近幾年來，在新一代寬帶無線通信系統(tǒng)中，OFDM（正交頻分復(fù)用）技術(shù)已經(jīng)取代單載波擴(kuò)頻技術(shù)（如CDMA），成為主流的基本發(fā)送技術(shù)。較早采用OFDM技術(shù)的包括DAB（數(shù)字廣播）和DVB（數(shù)字電視）。隨后，寬帶無線接入系統(tǒng)IEEE 、（標(biāo)準(zhǔn)正在制定當(dāng)中）也以O(shè)FDM/OFDMA技術(shù)為基礎(chǔ)。另外，目前正在標(biāo)準(zhǔn)化的3GPP LTE（長期演進(jìn)）和3GPP2 AIE（空中接口演進(jìn)）技術(shù)也很可能選用OFDM及其改進(jìn)型（下行OFDM、上行DFTSOFDM）作為基本多址技術(shù)。連近距離通信UWB技術(shù)的兩個(gè)備選方案之一也采用了MB（多載波）OFDM。OFDM應(yīng)用于B3G技術(shù)中，并被預(yù)計(jì)為4G的核心技術(shù)?？傊?，目前無線通信領(lǐng)域所有的新興技術(shù)幾乎都以O(shè)FDM為核心。FPGA是20世紀(jì)90年代發(fā)展起來的大規(guī)模可編程邏輯器件，隨著EDA技術(shù)和微電子技術(shù)的進(jìn)步，F(xiàn)PGA的時(shí)鐘延遲可達(dá)到ns級(jí)，結(jié)合其并行工作方式，在超高速、實(shí)時(shí)測控方面有非常廣闊的應(yīng)用前景。并且FPGA具有高集成度、高可靠性，幾乎可以將整個(gè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)下載于同一芯片中，實(shí)現(xiàn)所謂片上系統(tǒng)，從而大大縮小其體積，因此以FPGA為代表的可編程邏輯器件受到了世界范圍內(nèi)廣大電子設(shè)計(jì)工程師的普遍歡迎，應(yīng)用日益廣泛[5]。本文的研究課題，是使用FPGA將實(shí)現(xiàn)OFDM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)基本模塊，搭建系統(tǒng)模型，以實(shí)現(xiàn)片上系統(tǒng)（SOC）設(shè)計(jì)，從而大大簡化系統(tǒng)的復(fù)雜度，提高系統(tǒng)的性能，方便系統(tǒng)的升級(jí)，完成OFDM系統(tǒng)設(shè)計(jì)和仿真，有助于實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)的驗(yàn)證與構(gòu)建。同時(shí)有助于驗(yàn)證使用現(xiàn)有可編程實(shí)現(xiàn)軟件無線電思想的可行性。 OFDM技術(shù) MCM概述多徑衰落是影響移動(dòng)通信系統(tǒng)的主要問題。由于多徑傳播，會(huì)造成信道的時(shí)間彌散性效應(yīng)。在無線電波傳輸過程中，由于時(shí)延擴(kuò)展，接收信號(hào)中的某些符號(hào)的波形會(huì)擴(kuò)展到其它符號(hào)中，造成了符號(hào)間干擾(Inter Symbol Interference,ISI)。在單載波系統(tǒng)中，如果數(shù)據(jù)傳輸速率較低，多徑效應(yīng)造成的符號(hào)間干擾(ISI)不是特別嚴(yán)重，可以利用合理的均衡技術(shù)使系統(tǒng)正常工作。但對高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)而言，時(shí)延擴(kuò)展造成的ISI很大，這樣就會(huì)對均衡器提出非常高的要求，特別是均衡器實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜性及收斂速度，導(dǎo)致均衡器難以實(shí)現(xiàn)或?qū)崿F(xiàn)的成本過高。OFDM，即正交頻分復(fù)用，是多載波調(diào)制(MCM)技術(shù)的一種[6]。MCM的基本思想是把一路高速串行數(shù)據(jù)流經(jīng)串并轉(zhuǎn)換為N路低速并行的子數(shù)據(jù)流，用它們分別去調(diào)制N路子載波后進(jìn)行并行傳輸。由于子數(shù)據(jù)流的速率是原來的1/N，即符號(hào)周期擴(kuò)大為原來的N倍，遠(yuǎn)大于信道的最大延遲擴(kuò)展，這樣MCM就把一個(gè)寬帶頻率選擇性信道劃分成了N個(gè)窄帶平坦衰落信道(均衡簡單)，從而先天具有很強(qiáng)的抗無線信道多徑衰落和抗脈沖干擾的能力，特別適合于高速無線數(shù)據(jù)傳輸。OFDM是一種子載波頻譜相互混疊的MCM，因此它除了具有上述MCM的優(yōu)勢外，還具有更高的頻譜利用率。OFDM選擇時(shí)域相互正交的子載波集，它們雖然在頻域相互混疊，卻仍能夠在接收端被分離出來。 OFDM的優(yōu)缺點(diǎn)OFDM具有頻譜利用率高，抗多徑衰落能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，是一項(xiàng)非常有潛力的高速數(shù)據(jù)通信技術(shù)。OFDM技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)主要?dú)w結(jié)為以下幾個(gè)方面:①頻譜利用率高。在OFDM系統(tǒng)中，各個(gè)子載波之間相互正交，頻譜互相重疊，提高了系統(tǒng)的頻譜利用率。當(dāng)子載波個(gè)數(shù)很大時(shí)，頻譜利用率趨于2Baud/Hz。這一優(yōu)點(diǎn)在頻譜資源日益緊張的無線通信應(yīng)用中尤為重要。②有效克服符號(hào)間干擾。OFDM系統(tǒng)中，把高速串行的數(shù)據(jù)流通過串/并轉(zhuǎn)換器變?yōu)椴⑿械退俚淖訑?shù)據(jù)流，使得每個(gè)子載波上數(shù)據(jù)符號(hào)的持續(xù)周期相對增加，從而有效地減小無線信道時(shí)間彌散所帶來的ISI。同時(shí)，在數(shù)據(jù)間插入的循環(huán)前綴也有效地減低了ICI。③使用IFFT用FFT方法來實(shí)現(xiàn)OFDM調(diào)制和解調(diào)。大規(guī)模集成電路技術(shù)和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的飛速發(fā)展，使IFFT/FFT的實(shí)現(xiàn)變得極為容易，也為OFDM技術(shù)實(shí)用化掃除了障礙。④對抗頻率選擇性衰落或窄帶干擾。在單載波系統(tǒng)中，單個(gè)衰落或干擾能夠?qū)е抡麄€(gè)通信鏈路失敗，但是在多載波系統(tǒng)中，窄帶干擾只會(huì)影響到一個(gè)或有限的幾個(gè)子信道。對于這些子信道，可以通過降低受干擾子載波的數(shù)據(jù)率或放棄受千擾的子載波，來降低窄帶干擾對整個(gè)OFDM系統(tǒng)性能的影響。⑤具有頻率分集能力。由于OFDM系統(tǒng)的頻帶內(nèi)存在零點(diǎn)，所以，數(shù)據(jù)被并行分配在互不相關(guān)的子頻帶上發(fā)送時(shí)，可將時(shí)間分集與頻率分集結(jié)合起來，提高系統(tǒng)傳輸?shù)目煽啃?。任何一種技術(shù)都不可能是十全十美的，OFDM技術(shù)也不例外。OFDM信號(hào)是由多個(gè)子信道信號(hào)疊加而成的，因此與單載波系統(tǒng)相比，存在以下兩大缺點(diǎn):①高峰均功率比(PeakToAveragePowerRatio，PAPR)。高峰均功率比對發(fā)射機(jī)內(nèi)功率放大器的線性范圍提出了很高的要求，且會(huì)引起信號(hào)頻譜的變化，破壞子載波間的正交性。因此，如何降低PAPR就成為有效應(yīng)用OFDM技術(shù)中的一個(gè)難點(diǎn)。②對頻偏和相位噪聲比較敏感。OFDM系統(tǒng)中，各個(gè)子載波必須嚴(yán)格滿足頻率正交性。無線信號(hào)的頻率偏移，或者發(fā)射機(jī)載波頻率與接收機(jī)本地振蕩器之間的頻率偏移，都會(huì)破壞子載波間的正交性，產(chǎn)生子載波間串?dāng)_，導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)性能嚴(yán)重下降。 OFDM的應(yīng)用與發(fā)展OFDM在蜂窩移動(dòng)通信中的應(yīng)用始于20世紀(jì)80年代中期，從1993年開始興起了OFDM與CDMA相結(jié)合的研究:歐洲已把OFDM作為發(fā)展地面數(shù)字電視的基礎(chǔ)舊本也將它用于發(fā)展便攜式電視和安裝在旅游車、出租車上的車載電視。OFDM也應(yīng)用于有線環(huán)境的各種高速PSTN接入以抗脈沖干擾、防止串話，如ADSL，RDSL，VDSL等，當(dāng)OFDM應(yīng)用于有線時(shí)，通常被稱為DMT，即離散多音頻。OFDM技術(shù)還應(yīng)用于HFC及HDTV傳輸系統(tǒng)。目前，OFDM己被多種數(shù)字無線通信標(biāo)準(zhǔn)所采納，如歐洲的數(shù)字音頻廣播DAB、數(shù)字視頻廣播DVBT，以及無線局域網(wǎng)HIPERLANZ。最快的WiFi標(biāo)準(zhǔn)使用的都是OFDM技術(shù)。寬帶無線標(biāo)準(zhǔn)WiMAX()也采用了OFDM技術(shù)。3GPP未來的LTE 4G移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)也是基于OFDM技術(shù)的。最普通的短距離超寬帶(UWB)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)WiMedia也是基于OFDM的。廣播HDRadio使用的是OFDM。所有用于手機(jī)的移動(dòng)電視技術(shù)(MediaFLO、DVBH等)都是基于編碼OFDM技術(shù)的。可見，OFDM技術(shù)在無線領(lǐng)域獲得了極為廣泛的應(yīng)用。OFDM技術(shù)有非常廣闊的發(fā)展前景，已成為第四代移動(dòng)通信的核心技術(shù)。IEEE 。目前，OFDM結(jié)合時(shí)空編碼、分集、干擾(包括符號(hào)間干擾ISI和鄰道干擾ICI)抑制以及智能天線技術(shù)，最大程度的提高物理層的可靠性。如再結(jié)合自適應(yīng)調(diào)制、自適應(yīng)編碼以及動(dòng)態(tài)子載波分配、動(dòng)態(tài)比特分配算法等技術(shù)，可以使其性能進(jìn)一步優(yōu)化。其中值得注意的是OFDM技術(shù)和MIMO技術(shù)相結(jié)合。MIMO技術(shù)是具有極高頻譜利用率的技術(shù)，在VBLAST算法下，理想情況下可以達(dá)到20~40bit/s/Hz，這是目前任何一種技術(shù)所達(dá)不到的。另外在各類無線通信系統(tǒng)中，ISI(符號(hào)間干擾)一直是影響通信質(zhì)量的重要因素。OFDM技術(shù)能夠有效對抗ISI，同時(shí)具有頻譜利用率高，抗多徑衰落性能好，成本偏低等優(yōu)點(diǎn)，因此這二者的結(jié)合是一種必然的趨勢,也必將成為下一代移動(dòng)通信系統(tǒng)的核心技術(shù)之一。 論文的研究內(nèi)容與結(jié)構(gòu)安排正交頻分復(fù)用擁有諸多優(yōu)點(diǎn)，這也正是其成為未來寬帶無線通信關(guān)鍵技術(shù)的原因，本