正交頻分複用(OFDM)技術由於可以在提高資料傳輸速率的同時有效地對抗符號間干擾(ISI)，被廣泛認為是高速數字傳輸的首選調製技術。目前OFDM已是歐洲數字音訊／視訊廣播(DAB／DVB)、IEEE802．1la無線區域網(WLAN)的核心調製技術，而且有望成為3Gbeyond / 4G的關鍵技術。

在OFDM逐漸成熟的今天，如何降低通訊系統的成本，使之能廣泛的應用於資料傳輸系統當中，也成為OFDM研究的熱點。近年來由於VLSI和DSP技術的發展，解決了OFDM實現的硬體條件，從而使OFDM技術得到了更大的發展。

本文在闡述OFDM原理的基礎上，根據OFDM的特點，提出一種基於IFFT／FFT的OFDM調變解調器的低成本FPGA實現方法。該方法具有設計簡單、快速、高效和實時性好等特點。

1 OFDM的基本原理
OFDM的基本思想是把高速率的信源資訊流通過串並變換，變換成低速率的N路並行資料流，然後將這N路資料流分別調到N個相互正交的子載波上，再將N路調製後的訊號相加即得發射訊號。

從頻譜上看，OFDM技術將所給通道分成N個正交的子通道，在每個子通道上使用一個子載波進行調製，並且這N個正交的子載波並行傳輸，即整個通道劃為多個窄的正交子帶，並且在每個通道上進行窄帶傳輸，子通道訊號頻寬小於通道相關頻寬，這樣OFDM技術便可以克服通道的頻率選擇性衰落。

從時域上看，OFDM採用並行方式傳輸多個符號可以相應的增加碼的持續時間，這樣就可以減少瑞利衰落環境帶來的符號間干擾(IsI)的影響。

設一個OFDM符號之內包含N經過相移鍵控(PSK)或者正交幅度調製(QAM)的子載波。其中，N表示子載波的個數， T表示OFDM符號的持續時間(週期)，則OFDM的基帶訊號為：

根據以上分析可以看到，OFDM系統的調製和解調可以分別由IDFI和DFI來代替。圖1為OFDM基帶系統原理框圖。

根據上面的方程得到的l6點FFT基4演算法的蝶形運算流如圖2所示。

在OFDM調變解調器中，只要把FFr的輸入資料和輸出結果取共軛，即可利用FFT實現IFFT。即FFT既可用作傳送部分的調製器，又可用作接收部分的解調器。這樣可以提高模組的重用性，減少設計量和便於模組除錯。

3．FDM調變解調器的FPGA實現
3．1 OFDM調變解調器的結構框圖
OFDM調變解調器的結構框圖如圖3所示。該調變解調器主要由儲存模組、運算模組以及控制和地址生成模組組成。儲存模組由輸入DRAM、計算DRAM、輸出DRA M和RAM組成；其中輸入DRAM是用來存放輸入資料，計算DRAM是用來存放各級運算的中間結果，輸出DRAM是來存放輸出資料，ROM是用來存放各級運算所需的旋轉因子。DRAM和ROM均採用Xilinx晶片的片記憶體儲器，其讀取速度非常快，DRAM是雙口RAM，可以對兩個埠同時讀寫，這樣比單口RAM節省一半的儲存容量。運算模組主要是由基4蝶形運算單元組成，其核心是一個乘法器，採用Xilinx公司FPGA晶片內嵌的硬體乘法器實現。控制和地址生成模組是設計的關鍵，產生各級運算所需的地址訊號和儲存器的使能訊號以及其他各種控制訊號。

在該系統中，把輸入DRAM和計算DRAM分開，主要是為了使輸入輸出資料為clock，而內部處理時鐘採用5倍的clock時鐘進行時分複用，這樣雖然增加了控制模組的複雜性，但是可以節省較多的硬體資源就可以實現對連續資料流的處理，獲得很好的實時性。另外，我們把因子1／N均勻地分散到各級運算中，可以提高運算的精度。圖3中，當inverse=1時實現調製；inverse=0時實現解調，使用同一個核心實現調製解調。

3．2 OFDM調變解調器的FPGA實現
本OFDM調變解調器使用VHDL硬體描述語言進行設計輸入，採用一片Xilinx公司的VirtexⅡ系列的xc2v500晶片實現了圖3所示的OFDM調變解調器，並使用Xilinx公司的ISE開發軟體和Mentor公司的Modelsim模擬軟體實現了綜合後模擬以及佈局佈線後模擬。

圖4給出了FPGA上的l6點FFr運算單元的計算結果圖；橫座標K代表時間軸，縱座標X(K)為FPGA16位定點運算的結果。由於只讀取了一幀訊號，因此橫座標上只有16個點。該FPGA16位定點運算的結果與利用Matlab模擬的結果相同，從而驗證了硬體設計的正確性。

4 結束語
OFDM技術由於其獨特的優點，所以在無線接入和移動高速傳輸中的應用前景非常廣泛，下一代的行動通訊已經將其作為全面提高效能的核心技術。調製解調技術是OFDM系統中的關鍵技術之，是OFDM研究的熱點，本文提出了一種適合在FPGA器件上實現的OFDM調製解調的實用電路，模擬結果表明該方法具有設計簡單、快速、高效和實時性好等優點，具有一定的通用性和靈活性。