基于CORDIC算法的OFDM 系統載波同步實現

0 引言
OFDM正交頻分復用技術是一種特殊的多載波傳輸方案，它可以看作是一種調制技術，也可以看作是一種復用技術。OFDM正交頻分復用技術具有許多其他無線通信技術所無法比擬的優越性，其中一個主要原因就在于它能很好的對抗頻率選擇性衰落或窄帶干擾。同時，它也是一種并行技術，可通過將一個高速數據流分割成許多低速的數據流并在多個子載波上并行傳輸，從而實現數據的高速傳輸。
OFDM正交頻分復用技術與一般的多載波傳輸技術的不同之處在于，該技術允許子載波頻譜相互重疊，只要滿足子載波間的相互正交就可以從混疊的子載波中分離出數據信息，從而使得頻譜利用率大大提高。由此可見，OFDM正交頻分復用技術對本來無線資源就十分貧乏的無線通信來說，是一種高效的傳輸技術。然而，OFDM系統對頻率偏移又非常敏感，這是因為，頻偏會破壞子載波間的正交性，并引入子信道間干擾(I－CD，從而導致各子信道不能正確解調。因此頻偏估計算法的設計與實現是OFDM系統中的一個重要問題。
本文首先分析了殘余頻偏估計和校正的系統原理，然后重點介紹了雙模CORDIC算法的原理與FPGA設計。最后給出了基于FPGA的整個系統實現方案。

1 OFDM系統與載波頻偏對系統的影響
OFDM正交頻分復用系統的結構如圖1所示。在無線通信系統中，由于接收端和發送端的載波振蕩器之間不可避免地存在著差異，同時由于移動信道中的多普勒頻移和相位噪聲的影響，使得接收機本地的載波和接收到的OFDM正交頻分復用信號的載波之間不可避免的存在著偏差。事實上，與單載波系統相比，OFDM系統對載波頻偏更加敏感。

圖2所示是小數倍載波頻率偏差對FFT之后各個子載波的影響。可見，小數部分頻偏會使子載波間不再正交。從而發生能量泄漏并產生ICI，使系統性能急劇惡化。

2 載波頻偏方案設計
本文介紹的設計方法采用的是Schmidl同步方案，其同步方案框圖如圖3所示，并在每一個OFDM數據幀前加入由重復的PN序列組成的OFDM訓練符號。