你足夠了解無線通訊OFDM嗎?雙手送上無線通訊OFDM調(diào)制實例

無線通訊是重要通訊手段之一，通訊專業(yè)的朋友對于無線通訊自然十分熟悉。在前面的文章中，小編對無線通信OFDM調(diào)制的實現(xiàn)原理有所介紹。為加深大家對無線通訊OFDM的理解程度，本文將為大家對來無線通訊OFDM調(diào)制實例。如果你對無線通訊技術(shù)具備濃厚興趣，不妨和小編共同往下閱讀哦。

下面的OFDM調(diào)制和解調(diào)在Altera Stratix III FPGA上進行，F(xiàn)FT和存儲緩沖器使用MegaCore函數(shù)。這個例子打算用于采用FFT復用的系統(tǒng)，為了實現(xiàn)共享，這里，F(xiàn)FT核的時鐘率要比基帶信號快很多。該設(shè)計旨在實現(xiàn)可重配置結(jié)構(gòu)的OFDM系統(tǒng)，它的FFT size和循環(huán)前綴的大小在執(zhí)行中可變。Pre-FFT數(shù)據(jù)通過一個單緩沖器改變速率，Pre-FFT位反轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)通過一對緩沖器改變速率和次序。所有的控制模塊支持TDD操作并被發(fā)射器和接收器共享。該應用實例可以很容易擴展到MIMO、TDD或者兩者結(jié)合的系統(tǒng)中，例如圖6中的系統(tǒng)以及圖5介紹的FDD系統(tǒng)。

功能描述：這個設(shè)計實例包含兩部分：OFDM調(diào)制和OFDM解調(diào)。前者包含IFFT和循環(huán)前綴的位反轉(zhuǎn)插入，后者包含循環(huán)前綴的移除模塊和改變數(shù)據(jù)速率的緩沖器。圖1為這兩者的高級集成。你可以把它看作是圖3中的單天線TDD系統(tǒng)的一種擴展。附加的pre-FFT緩沖器使設(shè)計更容易地擴展到具有FFT復用的MIMO或FDD系統(tǒng)。

圖1：OFDM調(diào)制解調(diào)設(shè)計架構(gòu)舉例。

Post-FFT處理：OFDM調(diào)制過程中的CP插入包含4個功能子模塊：

1. 使用雙時鐘雙端口RAM的雙緩沖器

2. 位反轉(zhuǎn)的存儲寫模塊

3. 循環(huán)前綴插入的內(nèi)存讀取模塊

4. 時鐘同步模塊

在發(fā)射數(shù)據(jù)通道中，位反轉(zhuǎn)的IFFT輸出數(shù)據(jù)在循環(huán)前綴插入模塊被讀入。一個控制單元分析數(shù)據(jù)地址并把它寫入相應的存儲單元。在一個完整的IFFT數(shù)據(jù)包被寫入后，與循環(huán)前綴相應的最后幾個樣本以自然順序讀出。與此同時，如果有容量，來自下一個IFFT包的數(shù)據(jù)會被寫入另一個緩沖器。如果兩個緩沖器都有數(shù)據(jù)需要讀取，會有一個延遲信號經(jīng)過Avalon Streaming接口背壓送到IFFT核。經(jīng)過OFDM調(diào)制后的數(shù)據(jù)通常是連續(xù)的。而其后的模塊，如IF調(diào)制解調(diào)器和天線，不應該施加背壓。

在接收數(shù)據(jù)通道中，post-FFT處理限制了位反轉(zhuǎn)和速率改變。位反轉(zhuǎn)的FFT輸出數(shù)據(jù)會被寫入到正確的內(nèi)存地址，就像之前所做的一樣。一旦一個完整的數(shù)據(jù)包被寫入了緩沖器，它將會按正常順序依次讀出。要特別注意避免過度的背壓。由于讀時鐘頻率通常慢于寫時鐘，故需要一個雙緩沖器。圖2講述了post-FFT的數(shù)據(jù)處理?？刂菩盘栔该鲀蓚€時鐘域的緩存器狀態(tài)，并通過同步邏輯進行同步。

圖2：循環(huán)前綴插入操作前后的數(shù)據(jù)包比較。

Pre-FFT處理：Pre-FFT處理包括4個模塊:

1. 循環(huán)前綴的移除或存儲器寫

2. 存儲讀取或速率改變

3. 雙時鐘雙端口RAM

4. Avalon碼流準備好延遲轉(zhuǎn)換器

如前面所討論，如果FFT為了資源共享采用不同速率的時鐘，則需要pre-FFT數(shù)據(jù)緩沖器。在接收通道上，每當輸入數(shù)據(jù)開始寫入單緩沖器時，循環(huán)前綴移除模塊開始記數(shù)。當整個數(shù)據(jù)包都被寫入這個單緩沖器時，記數(shù)值開始從0地址被讀出。

對于固定的FFT size，由于讀時鐘頻率并不比寫時鐘慢，用一個單緩沖器就夠了。但如果FFT size是變化的，一個單緩沖器恐怕就不夠了。舉個特殊的例子，假設(shè)兩個時鐘工作在同一頻率。在這種情況下，當新的數(shù)據(jù)被寫入內(nèi)存，上一個數(shù)據(jù)包中的數(shù)據(jù)會從同一個存儲地址被讀出。如果上一個數(shù)據(jù)包的FFT/IFFT size更大，那么當前包的寫操作會早在上一個數(shù)據(jù)包讀操作完成前結(jié)束。這樣的話，為了阻止寫入過多的數(shù)據(jù)，就必須延遲上行數(shù)據(jù)流模塊的運行直到上一個大數(shù)據(jù)包的讀操作完成。

所幸的是，這種背壓只會在FFT size由大變小時才會被施加。在實際的系統(tǒng)中，F(xiàn)FT size不太可能頻繁的改變。如果它只在幀邊界改變，由于幀符號之間是靜止區(qū)，就永遠不會施加背壓。此外，為了避免使用背壓，讀信號和FFT核可以采用更高速率的時鐘，這樣讀操作會在寫操作之前完成。所需的時鐘頻率取決于最壞情況下FFT size的變化比。舉個極端的例子，如果FFT size從2048減到128，那么讀時鐘的頻率至少需要比寫時鐘快16倍。

在發(fā)射數(shù)據(jù)通道上，CP移除子?？熘皇菍⑤斎霐?shù)據(jù)按次序?qū)懭雴尉彌_器。同樣的數(shù)據(jù)以不同的速率被讀出。圖3講述了pre-FFT的數(shù)據(jù)操作。在接收通道上，數(shù)據(jù)通過天線進入OFDM解調(diào)器，其后通常還接有IF調(diào)制解調(diào)器。這樣，接收模式下的pre-FFT模塊不會再對上行數(shù)據(jù)流模塊施加背壓。對于TDD操作，在pre-FFT數(shù)據(jù)緩沖時，可以復用post-FFT雙端口RAM實現(xiàn)位反轉(zhuǎn)，因為這些操作在時間上是錯開的。

圖3：循環(huán)前綴移除操作前后的數(shù)據(jù)包比較。

時鐘方案：該設(shè)計中采用兩個時鐘域，clk_f和clk_s。FFT核運行在快時鐘clk_f上。當時鐘clk_f比clk_s快時，兩個時鐘域?qū)嬖诋惒?。握手信號將會被插入來同步域間的控制信號。盡管在實際系統(tǒng)中時鐘clk_f的頻率通常為clk_s頻率的幾個整數(shù)倍，但在這個設(shè)計中，兩者頻率也可以相同。這里，兩個時鐘必須同步。由于單緩沖器存儲深度的限制，如果兩個時鐘同步而只是速率不同，就必須去掉解調(diào)器中的時鐘同步模塊。不過在實際系統(tǒng)中不需要考慮這一點，因為如果FFT核沒有被復用就沒必要使用pre-FFT緩沖器了。

接口和I/O端口：該設(shè)計實例使用了數(shù)據(jù)傳輸控制的Avalon Streaming協(xié)議。為了支持大小可變的FFT size、循環(huán)前綴，以及FFT方向運行時間(run time)的變化，必須對這些run time信號進行緩沖并把它們與輸出數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)包開始(SOP)信號對齊。Therefore, in every control module of OFDM modulation and demodulation, some logic is dedicated to signal alignment.因此，在OFDM調(diào)制解調(diào)中的每個控制模塊中都有一些邏輯信號專用于信號對齊。

該實例中也通過Avalon Stream信號sink_ready(輸入準備好信號)和source_ready(輸出準備好信號)來支持背壓。循環(huán)前綴插入模塊中輸入準備好延遲選0和輸出準備好延遲選44。循環(huán)前綴移除模塊的輸入準備好延遲選0。不過，因為輸出數(shù)據(jù)取自存儲器，后面的緩沖器讀取子模塊的輸出準備好延遲選2。由于FFT核為延遲0，為了實現(xiàn)與FFT核的連接，需要在在緩沖讀模塊與FFT核之間插入一個延遲適配器。延遲適配器用延遲2接收輸入數(shù)據(jù)，然后用延遲0輸出數(shù)據(jù)。適配器也支持背壓并把可重配置的循環(huán)前綴的大小和FFT的方向信號與輸出數(shù)據(jù)包對齊。

調(diào)制解調(diào)的輸入輸出信號是有符號的定點格式但位寬度是可配置的。在可變流模式中，IFFT核的輸出數(shù)據(jù)具有基于最大IFFT size的滿分辨率。如果必要，可以在循環(huán)前綴插入模塊中切斷數(shù)據(jù)序列，也可以設(shè)置位寬參數(shù)。圖4所示為OFDM調(diào)制解調(diào)模塊的I/O端口。

圖4：OFDM調(diào)制解調(diào)模塊的I/O接口。

以上便是此次小編帶來的“無線通訊”相關(guān)內(nèi)容，通過本文，希望大家對無線通訊OFDM的實例以及OFDM具備更深的理解。如果你喜歡本文，不妨持續(xù)關(guān)注我們網(wǎng)站哦，小編將于后期帶來更多精彩內(nèi)容。最后，十分感謝大家的閱讀，have a nice day!