基于MATLAB与FPGA的OFDM调制解调器设计与仿真实现 目 录
1 前言 ................................................................... 1 2 基本原理 ............................................................... 2 3 基于MATLAB的OFDM全过程仿真与性能仿真分析 ............................. 5
3.1 MATLAB简介 ....................................................... 5 3.2 基于MATLAB的OFDM全过程仿真分析 .................................. 5
3.2.1 仿真参数设置 ................................................ 5 3.2.2 仿真流程设置 ................................................ 5 3.2.3 仿真过程分析 ................................................ 6 3.2.4 仿真误码率分析 ............................................. 10 3.3 基于MATLAB的OFDM性能仿真分析 ................................... 11 3.4 本章小结 ......................................................... 18 4 硬件设计 .............................................................. 19
4.1 总体方案设计 ..................................................... 19 4.2 单元模块设计 ..................................................... 21
4.2.1 电源模块设计 ............................................... 22 4.2.2 复位模块设计 ............................................... 22 4.2.3 时钟模块设计 ............................................... 23 4.2.4 LED模块设计 ................................................ 23 4.2.5 FLASH模块设计 .............................................. 24 4.2.6 SDRAM模块设计 .............................................. 25 4.2.7 I/O模块设计 ................................................ 26 4.3 特殊器件介绍 ..................................................... 27
4.3.1 EP2C8Q208C8N ............................................... 27 4.4 本章小结 ......................................................... 27 5 基于IPCore的OFDM调制器设计与仿真实现 ................................ 28
5.1 IPCore简介 ...................................................... 28 5.2 Altera FFT IPCore调用流程 ....................................... 28 5.3 OFDM调制器模块的设计与仿真实现 .................................. 31
5.3.1 调制器模块设计 ............................................. 31 5.3.2子模块仿真分析 .............................................. 31
基于MATLAB与FPGA的OFDM调制解调器设计与仿真实现 6 系统调试 .............................................................. 39 7 结论 .................................................................. 40 8 总结与体会 ............................................................ 41 9 致谢 .................................................................. 42 10 参考文献 ............................................................. 43 附录1：EP2C8Q208C8N芯片原理图 .......................................... 44 附录2：EP2C8Q208C8N芯片PCB图 .......................................... 45 附录3：AD9957芯片原理图 ................................................ 46 附录4：AD6620芯片原理图 ................................................ 47 附录5：DUC部分电路图 ................................................... 48 附录6：FPGA部分电路图 .................................................. 49 附录7：FPGA部分PCB图 .................................................. 50 附录8：设计程序 ........................................................ 51 附录9：外文资料翻译 .................................................... 56
基于MATLAB与FPGA的OFDM调制解调器设计与仿真实现
1 前言
OFDM是一种多载波传输技术，它的出现至今已有40余年历史。其思路是利用频分复用的方法将串行传输的高速数据流转化为多路并行传输的低速子数据流（本章节参考文献[3][4]）。
60年代，频分复用的思想出现。但是硬件系统复杂，实现困难。所以没有得到应用。
70年代，出现了多载波调制技术的简便算法——DFT。从根本上解决了调制时的运算复杂度。为OFDM的普及奠定了坚实的基础。
80年代，OFDM技术被应用到了移动通信中。人们逐渐掌握了其实现方案与优缺点，从此，OFDM技术飞速发展。
90年代以后，随着DSP、FPGA和LSI的快速发展，多载波数目的DFT运算得到了很好的解决。使得OFDM成为高速数据传输领域的宠儿。
现在，OFDM成为IEEE802.11和HiperLAN2两大WLAN标准的物理层关键技术，4G也将OFDM作为其核心技术。
本设计以OFDM的基本原理作为依据，在其基础上进行OFDM系统的硬件设计与软件仿真。主要分为四个部分：
第一部分进行OFDM基本原理的阐述，主要包括OFDM的基本思想、基本条件、基本结构和优缺点。
第二部分借用MATLAB工具，对OFDM的全过程及其性能进行了仿真与分析。 第三部分采用FPGA+DUC/DDC模式进行OFDM调制解调系统的硬件设计。 第四部分利用FPGA IPCore进行OFDM调制器设计与仿真实现。
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2 基本原理
OFDM的本质是一种调制技术。本章节主要简绍其的基本思想、基本条件、基本结构和优缺点(本章节参考文献[1][3][4][6])。
OFDM的基本思想包括如下三点：
第一点：将用于信号传输的带宽等分为N个子信道（即B?N??f）。
第二点：将高速串行数据信号转换成N路并行的低速子信号。在串行通信系统中，数据符号连续串行传输，每个数据符号占用所有可用频带。而并行通信系统中数据符号只占部分频带。
第三点：用这N路并行的低速子信号分别调制N路相互正交的子载波并在N个带宽为?f的子信道中进行同步传输。
OFDM的基本条件包括如下两点：
时域正交性：任何两子载波之间是两两正交的，它们在周期内积分为0。它们的时域表达式组成一个正交函数集。如图2.1所示。
频域正交性：任何两子载波的频谱之间相互叠交，抽样时互不干扰。它们的频域表达式对于带限信号（即带宽有限的信号）是一个正交函数集。如图2.2所示。
图2.1 子载波时域正交性
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图2.2 子载波频域正交性
OFDM的基本结构包括发送端模块和接收端模块两大部分。发送端结构如图2.3所示，接收端结构如图2.4所示。
RF TX数模转换插循环前缀和加窗并串转换IFFT二进制信 源数据流信道编码交 织数字调制插入导频串并转换 图2.3 发送端结构图
RF RX模数转换去除循环前缀串并转换定 时频率同步FFT信道估计二进制信 宿数据流信道译码解 交 织数字解调去除导频并串转换 图2.4 接收端结构图
发送端处理流程：待传送的二进制数据信息首先进行信道编码、交织和数字基带调
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