無線通訊OFDM調(diào)制的實(shí)現(xiàn)

在當(dāng)前的數(shù)據(jù)包以低時(shí)鐘速率被寫入緩沖器的時(shí)候，上一個(gè)包中的數(shù)據(jù)以高時(shí)鐘率被讀出。當(dāng)讀寫操作在同一存儲(chǔ)位置時(shí)，需要配置雙端口RAM來輸出舊存儲(chǔ)內(nèi)容。FFT處理后，高速率數(shù)據(jù)經(jīng)過雙端RAM后被還原到OFDM的發(fā)送速率。這個(gè)post-FFT存儲(chǔ)緩沖器也作為一個(gè)位反轉(zhuǎn)緩沖器。由于速率從高到低的改變，如果需要連續(xù)碼流輸出，就需要一個(gè)雙緩沖器，即當(dāng)一個(gè)FFT包被寫入緩沖器時(shí)，上一個(gè)包中的數(shù)據(jù)從另一個(gè)緩沖器被讀出。

MIMO結(jié)構(gòu)設(shè)置

　　多天線結(jié)構(gòu)是現(xiàn)代無線系統(tǒng)中的強(qiáng)制性需求，這些系統(tǒng)包括WLAN，WiMAX和3GPP LTE系統(tǒng)。在多輸入輸出(MIMO)系統(tǒng)中進(jìn)行OFDM調(diào)制的一個(gè)很直接的操作就是復(fù)制數(shù)據(jù)通道，包括用于每一根天線的FFT核。

　　一種資源更友好的解決方案是共享每條天線的FFT核。為實(shí)現(xiàn)MIMO中的FFT復(fù)用，F(xiàn)FT核的頻率至少要比基帶數(shù)據(jù)傳輸速率快n倍，這里的n為天線的根數(shù)。當(dāng)結(jié)合MIMO、TDD和FDD時(shí)，同一個(gè)FFT核能在兩維上被共享，代價(jià)是需要pre-FFT數(shù)據(jù)緩沖。

　　圖6描述的是TDD模式下一種雙天線MIMO發(fā)射器的基本配置。FFT核被兩條天線以及發(fā)送和接收器復(fù)用。循環(huán)前綴的插入和移除控制單元必須能夠用于發(fā)射和接收。由于時(shí)鐘頻率的差異，每根天線的post-FFT數(shù)據(jù)處理需要一個(gè)雙緩沖器。

圖6：雙天線MIMO TDD系統(tǒng)中OFDM調(diào)制解調(diào)的FFT核共享。

OFDM調(diào)制實(shí)例

　　下面的OFDM調(diào)制和解調(diào)在Altera Stratix III FPGA上進(jìn)行，F(xiàn)FT和存儲(chǔ)緩沖器使用MegaCore函數(shù)。這個(gè)例子打算用于采用FFT復(fù)用的系統(tǒng)，為了實(shí)現(xiàn)共享，這里，F(xiàn)FT核的時(shí)鐘率要比基帶信號(hào)快很多。該設(shè)計(jì)旨在實(shí)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(gè)單緩沖器改變速率，Pre-FFT位反轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)通過一對(duì)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(yīng)用實(shí)例可以很容易擴(kuò)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(gè)設(shè)計(jì)實(shí)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7為這兩者的高級(jí)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(kuò)展。附加的pre-FFT緩沖器使設(shè)計(jì)更容易地?cái)U(kuò)展到具有FFT復(fù)用的MIMO或FDD系統(tǒng)。

圖7：OFDM調(diào)制解調(diào)設(shè)計(jì)架構(gòu)舉例。

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

　　1. 使用雙時(shí)鐘雙端口RAM的雙緩沖器

　　2. 位反轉(zhuǎn)的存儲(chǔ)寫模塊

　　3. 循環(huán)前綴插入的內(nèi)存讀取模塊

　　4. 時(shí)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(gè)控制單元分析數(shù)據(jù)地址并把它寫入相應(yīng)的存儲(chǔ)單元。在一個(gè)完整的IFFT數(shù)據(jù)包被寫入后，與循環(huán)前綴相應(yīng)的最后幾個(gè)樣本以自然順序讀出。與此同時(shí)，如果有容量，來自下一個(gè)IFFT包的數(shù)據(jù)會(huì)被寫入另一個(gè)緩沖器。如果兩個(gè)緩沖器都有數(shù)據(jù)需要讀取，會(huì)有一個(gè)延遲信號(hào)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(yīng)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(huì)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(gè)完整的數(shù)據(jù)包被寫入了緩沖器，它將會(huì)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(shí)鐘頻率通常慢于寫時(shí)鐘，故需要一個(gè)雙緩沖器。圖8講述了post-FFT的數(shù)據(jù)處理?？刂菩盘?hào)指明兩個(gè)時(shí)鐘域的緩存器狀態(tài)，并通過同步邏輯進(jìn)行同步。

圖8：循環(huán)前綴插入操作前后的數(shù)據(jù)包比較。