基于FPGA的MC-CDMA基帶系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

1 MC-COMA調(diào)制解調(diào)的硬件實(shí)現(xiàn)
1.1 方案設(shè)計(jì)
根據(jù)MC-CDMA調(diào)制解調(diào)的基本原理，在本方案設(shè)計(jì)中將其調(diào)制過程劃分為符號(hào)復(fù)制、頻域擴(kuò)頻、載波調(diào)制三個(gè)功能模塊，解調(diào)過程劃分為載波解調(diào)、解擴(kuò)和頻域合并三個(gè)功能模塊?？紤]到代碼的整齊和運(yùn)算速度的要求，在設(shè)計(jì)中采用了流水線操作方式。
根據(jù)需求，本文設(shè)計(jì)方案的子載波數(shù)為32，擴(kuò)頻碼由長度為32的OVSF碼發(fā)生器產(chǎn)生，通過設(shè)置OVSF碼發(fā)生器的參數(shù)，可以選擇32種不同的碼字中的一種進(jìn)行擴(kuò)頻來區(qū)分不同用戶的數(shù)據(jù)。各個(gè)模塊之間的時(shí)序關(guān)系通過ens等控制信號(hào)實(shí)現(xiàn)，前端模塊運(yùn)算完成才觸發(fā)后端模塊，從而實(shí)現(xiàn)流水線操作。
MC-CDMA調(diào)制所有程序模塊之間的關(guān)系和信號(hào)流程。其中MC-CDMA模塊為頂層模塊，第二行的三個(gè)函數(shù)為一級(jí)子模塊，第三行的函數(shù)為二級(jí)模塊。進(jìn)入MC-CDMA調(diào)制器的數(shù)據(jù)符號(hào)首先經(jīng)過N次復(fù)制，本文系統(tǒng)中N=32，Copy32子程序模塊即用于實(shí)現(xiàn)多載波調(diào)制中的符號(hào)復(fù)制功能。復(fù)制之后的數(shù)據(jù)送入頻域擴(kuò)頻模塊sPreading，經(jīng)由長度為32的OVsF碼序列進(jìn)行擴(kuò)頻處理后送入IFFT32運(yùn)算模塊實(shí)現(xiàn)頻域到時(shí)域的變換，完成MC-CDMA調(diào)制。
1.2 頻域擴(kuò)頻的實(shí)現(xiàn)
在擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中，其原理都是使用擴(kuò)頻序列來擴(kuò)展用戶的原始信號(hào)。在接收端，為了恢復(fù)原始信號(hào)，使用與發(fā)射端一樣的同步擴(kuò)頻序列與收到的信號(hào)進(jìn)行相關(guān)。MC-CDMA就是利用擴(kuò)頻序列的互相關(guān)性進(jìn)行多用戶通信的，擴(kuò)頻序列在MC-CDMA系統(tǒng)中起著重要的作用。
1.3 FFT/IFFT的FPGA實(shí)現(xiàn)
本文中FFT/IFFT設(shè)計(jì)參考Altera公司FFTIP核的數(shù)據(jù)手冊(cè)[2]，通過對(duì)IP核進(jìn)行實(shí)際測(cè)試可知，有效數(shù)據(jù)要延遲于START信號(hào)4個(gè)時(shí)鐘周期輸入。而在本系統(tǒng)中，來自前端模塊的控制信號(hào)和有效數(shù)據(jù)是同步輸入FFT/IFFT變換模塊的，所以需要對(duì)輸入數(shù)據(jù)寄存4個(gè)周期。輸入數(shù)據(jù)緩沖模塊用來對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行寄存。時(shí)序控制單元用于保證模塊中的時(shí)序?qū)R。FFT/IFFT運(yùn)算單元是基于Altera公司的Altera Megacore IP核實(shí)現(xiàn)的。FFT/IFFT IP核的各個(gè)主要參數(shù)設(shè)置如表1所示。變換長度為32，采用并行流水線FO結(jié)構(gòu)，為了節(jié)省slices資源的消耗，最大限度地選擇使用片內(nèi)的塊RAM資源。表1給出了綜合得到的FFTIFFT模塊的資源消耗情況，從綜合報(bào)告中可知，其最大執(zhí)行速度可以達(dá)到268 MHz。

2 系統(tǒng)綜述
2.1 系統(tǒng)驗(yàn)證方案
基于以上所提出的2發(fā)3收MIMOMC-CDMA基帶系統(tǒng)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的設(shè)計(jì)方法，分別實(shí)現(xiàn)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的RTL代碼編寫工作并進(jìn)行功能驗(yàn)證之后，將發(fā)射機(jī)與接收機(jī)進(jìn)行了聯(lián)合凋試，驗(yàn)證了本文設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的2發(fā)3收MIMOMC-CDMA基帶系統(tǒng)的基本功能。
2發(fā)3收MIMO系統(tǒng)的信道處理過程類似于硬件仿真MIMO信道模塊，來自發(fā)射機(jī)2個(gè)發(fā)射端的信號(hào)xl，x2與信道矩陣相作用之后加入高斯白噪聲，得到3個(gè)數(shù)據(jù)：r1、r2、r3，送往接收機(jī)的3個(gè)接收天線端。接收機(jī)檢測(cè)算法是在假設(shè)2發(fā)3收MIMO信道矩陣的6個(gè)參數(shù)h11～h33己經(jīng)被正確估計(jì)出來的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)試中的信道參數(shù)來自32個(gè)子載波的2發(fā)3收MIMOMC-CDMA的MATLAB仿真系統(tǒng)，首先得到仿真信道在每個(gè)載波上的參數(shù)，此時(shí)的信道參數(shù)為復(fù)數(shù)浮點(diǎn)數(shù)據(jù)；之后在MATLAB環(huán)境中編寫一個(gè)將任意復(fù)數(shù)轉(zhuǎn)化為可設(shè)定點(diǎn)結(jié)構(gòu)與位寬的十六進(jìn)制數(shù)據(jù)的程序，將這些復(fù)數(shù)信道參數(shù)轉(zhuǎn)化為Verilog編碼能夠識(shí)別的十六進(jìn)制數(shù)，本文實(shí)現(xiàn)中將這些信道參數(shù)轉(zhuǎn)化為位寬為16的十六進(jìn)制數(shù)，其中實(shí)部、虛部分別以高8位和低8位表示。在這8位中，1位為符號(hào)位，另外7位為預(yù)設(shè)的信道參數(shù)的值，其中2位為整數(shù)位，5位為小數(shù)位。