高速移动下OFDM均衡器的FPGA实现

2010-08-12 17:51:36来源: 王 欢 杨 扬

  0 引言

  正交频分复用(OFDM)是一种正交多载波调制技术,它将宽带频率选择性衰落信道转换成一系列窄带平坦衰落信道,在克服信道多径衰落所引起的码间干扰,实现高数据传输等方面具有独特的优势。但是由于OFDM信号频谱重叠,对信道变化很敏感,在高速移动下,信道的时变特性更加明显,此时OFDM系统载波间的正交性会遭到破坏,出现载波间干扰(ICI),这会导致系统性能明显降低。为了消除ICI,必须采用适当的均衡技术以补偿ICI。国内外许多学者对这些问题进行了大量的研究,提出了各种不同的方法,得到了一些阶段性成果。文献提出了一种低复杂度的迭代MMSE均衡器算法,在保证均衡效果的同时把运算量成功降低到o(N),为该均衡器算法的实际运用奠定了基础。

  现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)器件近年来取得了飞速的发展,已经具有强大的计算性能和逻辑实现能力。特别是Xilinx公司的FPGA具有丰富的IP资源,容量大且具有强大的软件支持,在各个领域得到了广泛的应用。本文主要讨论基于Xilinx公司Virtex-2  FPGA硬件平台的均衡器算法中矩阵求逆的运算过程实现。将程序下载到FPGA,并通过RS 232将结果数据回送到主机查看和验证。

  1 时变信道中OFDM系统均衡器

  1.1 时变信道中的OFDM系统结构

  考虑一个载波数为N的OFDM系统如图1所示,假设完全同步,并且有足够长(不小于信道阶数)的循环前缀(CP)。在去除了循环前缀CP以后第i个数据帧收到的数据矢量为:

  式中:OFDM第i个数据帧的输出数据矢量;为N点快速傅里叶逆变换矩阵;,n(i)为信道噪声矢量,定义方差是σ2的高斯白噪声(AWGN);H(i)是一个N×N的时域转移矩阵,其元素为,其中h(i)(k,n)是描述信道特性的冲击响应。在接收端,对r(i)进行N点快速傅里叶变换,其输出为:

  式中:

  由于在高速移动的环境下,接收信号会受到ICI的影响,故在整个系统中添加均衡模块,假设均衡器用E(i)来表示,则均衡后的信号可以表示为:

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关键字:FPGA  OFDM  调制  IP

编辑:小甘 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/FPGA/2010/0812/article_1288.html
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北京航空航天大学教授,国内最早从事复杂数字逻辑和嵌入式系统设计的专家。

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