基于FPGA的OFDM-MFSK基带传输系统的设计与实现

摘要

OFDM-MFSK是一种联合调制方式，其结合了OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)有效对抗多径衰落的优点和FSK（Frequency-Shift Keying）对多谱勒频偏不敏感的优点，且在接收端可以采用非相干解调方式，无需估计信道信息，因而非常适合于信道快速时变的高速移动环境下宽带无线通信。本论文在Xilinx公司的ZYNQ-7000 FPGA硬件平台上研究了OFDM-MFSK系统基带调制与解调的实现。主要研究工作和贡献有： （1）分析了OFDM-MFSK联合调制在高速移动环境下的性能。在信道快速时变的高速移动环境下，分析比较了 OFDM的子载波分别采用16-QAM、QPSK、4FSK调制的性能，仿真结果表明：在速度为600km/h条件下，OFDM-4FSK误码率性能最好，且其在20Km/h到500Km/h间多种不同移动速度下性能变化不大，即其对多谱勒频偏具有一定的稳健性。 （2）设计并实现了OFDM-MFSK基带调制及接收模块。调制模块包括卷积编码、交织、MFSK调制、插入导频、IFFT、CP（循环前缀）、加窗；解调模块包括符号定时同步、载波同步、采样频率同步、CORDIC算法、Viterbi译码。采用自顶向下模块化的设计思想，对OFDM-MFSK基带调制和解调模块各部分进行了Verilog建模，并在Modelsim中进行了仿真验证。 （3）在FPGA硬件平台上对OFDM-MFSK的收发射端的基带处理进行了硬件测试验证。OFDM-MFSK的基带信号处理利用Xilinx最新的ZYNQ-7000系列FPGA芯片实现，系统子载波数为256，其中16个子载波用于插入导频，160个子载波用于传输数据，每个OFDM符号长度为16us，1/2卷积编码效率的传输速率达到10Mbps以上，能满足高速移动环境条件下的中低速数据传输要求。

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第一章 绪论

§1.1 研究背景与意义

§1.2 历史与发展现状

§1.3 本文主要研究内容和安排

第二章OFDM-MFSK理论基础

§2.1 OFDM概述

§2.2 OFDM-MFSK原理

§2.3 OFDM-MFSK性能分析

§2.4 本章小结

第三章 OFDM-MFSK基带处理框架

§3.1 OFDM-MFSK系统结构模型

§3.2 基带处理的硬件平台介绍

§3.3 OFDM-MFSK基带处理参数指标

§3.4 物理层帧结构

§3.5 本章小结

第四章 OFDM-MFSK实现方案及关键技术

§4.1 OFDM-MFSK基带处理的硬件实现结构

§4.2 发射端主要模块设计

§4.3接收端主要模块设计

§4.4 FPGA外设接口设计

§4.5 本章小结

第五章 系统的仿真及硬件实现

§5.1 基带处理系统时钟

§5.2 发射端主要模块的具体实现

§5.3 接收端主要模块的具体实现

§5.4 硬件资源使用情况分析

§5.5 仿真与实测

§5.6 本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

致谢

作者在攻读硕士期间主要研究成果