OFDM系统接收机定时帧同步算法的FPGA实现

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OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)技术由于具有频谱效率高,抗多径衰落能力强,能够有效对抗符号间干扰等众多突出的优势,在宽带无线接入系统中受到广泛应用,并作为未来移动通信系统的关键技术而成为当今无线通信领域的研究热点。但是由于OFDM系统对时间和频率同步误差敏感,很小的同步偏差就会导致系统性能的极具恶化,甚至于无法完成通信。因此同步性能的好坏直接影响到宽带无线OFDM系统的数据传输性能。本论文工作的主要是针对于OFDM系统中的同步问题及其FPGA实现中的资源占用问题。本文简要介绍了OFDM技术的发展历程与现状,详细阐述了OFDM技术的基本原理、特点及技术优势。并分析了无线信道的传播特性与本文仿真所采用的信道模型。研究了基于数据辅助型的OFDM同步算法,在经典算法的基础上,提出了基于CHU序列的同步算法,并用MATLAB工具进行了仿真。根据仿真结果,将同步算法进行了进一步的优化,可减少近一半的乘法运算,使得硬件的实现更为简单易行,最后利用Xilinx公司生产的Spartan-3E FPGA开发板作为硬件平台,实现所设计的同步算法。论文的主要工作如下:(1)利用MATLAB工具仿真了整个OFDM传输系统,分析OFDM系统的收发过程,建立了OFDM等效基带系统。(2)在经典算法的基础上,提出一种基于CHU序列的同步性能优异的OFDM帧定时同步算法并加以仿真。设计出一种新的训练序列结构和定时度量函数形式,完成OFDM系统的帧同步技术。MATLAB仿真结果显示出此算法在低信噪比环境以及多径衰落信道下都能达到预计的同步要求。(3)根据以上仿真结果,将同步算法进一步优化,只取定时度量函数中的实数部分,利用MATLAB做10000次蒙特卡罗仿真,仿真结果表明定时位置完全准确,并且可节省近一半的资源占用。并根据所采取定时度量函数与FIR滤波器定义公式相似性,利用Xilinx的FIR complier IP核,完成所设计的同步算法,大大简化了同步算法的实现难度。
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