無線通訊OFDM調制的實現

在當前的數據包以低時鐘速率被寫入緩沖器的時候，上一個包中的數據以高時鐘率被讀出。當讀寫操作在同一存儲位置時，需要配置雙端口RAM來輸出舊存儲內容。FFT處理后，高速率數據經過雙端RAM后被還原到OFDM的發送速率。這個post-FFT存儲緩沖器也作為一個位反轉緩沖器。由于速率從高到低的改變，如果需要連續碼流輸出，就需要一個雙緩沖器，即當一個FFT包被寫入緩沖器時，上一個包中的數據從另一個緩沖器被讀出。

MIMO結構設置

　　多天線結構是現代無線系統中的強制性需求，這些系統包括WLAN，WiMAX和3GPP LTE系統。在多輸入輸出(MIMO)系統中進行OFDM調制的一個很直接的操作就是復制數據通道，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。為實現MIMO中的FFT復用，FFT核的頻率至少要比基帶數據傳輸速率快n倍，這里的n為天線的根數。當結合MIMO、TDD和FDD時，同一個FFT核能在兩維上被共享，代價是需要pre-FFT數據緩沖。

　　圖6描述的是TDD模式下一種雙天線MIMO發射器的基本配置。FFT核被兩條天線以及發送和接收器復用。循環前綴的插入和移除控制單元必須能夠用于發射和接收。由于時鐘頻率的差異，每根天線的post-FFT數據處理需要一個雙緩沖器。

圖6：雙天線MIMO TDD系統中OFDM調制解調的FFT核共享。

OFDM調制實例

　　下面的OFDM調制和解調在Altera Stratix III FPGA上進行，FFT和存儲緩沖器使用MegaCore函數。這個例子打算用于采用FFT復用的系統，為了實現共享，這里，FFT核的時鐘率要比基帶信號快很多。該設計旨在實現可重配置結構的OFDM系統，它的FFT size和循環前綴的大小在執行中可變。Pre-FFT數據通過一個單緩沖器改變速率，Pre-FFT位反轉數據通過一對緩沖器改變速率和次序。所有的控制模塊支持TDD操作并被發射器和接收器共享。該應用實例可以很容易擴展到MIMO、TDD或者兩者結合的系統中，例如圖6中的系統以及圖5介紹的FDD系統。

　　功能描述：這個設計實例包含兩部分：OFDM調制和OFDM解調。前者包含IFFT和循環前綴的位反轉插入，后者包含循環前綴的移除模塊和改變數據速率的緩沖器。圖7為這兩者的高級集成。你可以把它看作是圖3中的單天線TDD系統的一種擴展。附加的pre-FFT緩沖器使設計更容易地擴展到具有FFT復用的MIMO或FDD系統。

圖7：OFDM調制解調設計架構舉例。

Post-FFT處理：OFDM調制過程中的CP插入包含4個功能子模塊：

　　1. 使用雙時鐘雙端口RAM的雙緩沖器

　　2. 位反轉的存儲寫模塊

　　3. 循環前綴插入的內存讀取模塊

　　4. 時鐘同步模塊

　　在發射數據通道中，位反轉的IFFT輸出數據在循環前綴插入模塊被讀入。一個控制單元分析數據地址并把它寫入相應的存儲單元。在一個完整的IFFT數據包被寫入后，與循環前綴相應的最后幾個樣本以自然順序讀出。與此同時，如果有容量，來自下一個IFFT包的數據會被寫入另一個緩沖器。如果兩個緩沖器都有數據需要讀取，會有一個延遲信號經過Avalon Streaming接口背壓送到IFFT核。經過OFDM調制后的數據通常是連續的。而其后的模塊，如IF調制解調器和天線，不應該施加背壓。

　　在接收數據通道中，post-FFT處理限制了位反轉和速率改變。位反轉的FFT輸出數據會被寫入到正確的內存地址，就像之前所做的一樣。一旦一個完整的數據包被寫入了緩沖器，它將會按正常順序依次讀出。要特別注意避免過度的背壓。由于讀時鐘頻率通常慢于寫時鐘，故需要一個雙緩沖器。圖8講述了post-FFT的數據處理。控制信號指明兩個時鐘域的緩存器狀態，并通過同步邏輯進行同步。

圖8：循環前綴插入操作前后的數據包比較。