超寬帶（UWB）定位系統發射機基帶的系統設計，功能模塊分解、硬件實現

4.1.7導頻和保護子載波插入

在本文設計中，導頻和保護子載波插入也是利用雙口塊RAM來實現的，根據子載波映射到IFFT的輸入端口的編號，將相應數據對應的復數寫入雙口塊RAM的地址中，當進行IFFT變換時，只需將其順序讀出即可。

對工程文件進行綜合、布局布線后仿真，得到如圖4.22所示結果。

圖4.22 導頻和保護子載波插入仿真結果

其中PIEN=1代表導頻與保護子載波插入開始，將插入后的數據從雙口RAM中順序讀出，就得到了最后輸出的結果。

使用Chipscope添加觀察信號采樣時鐘、觸發信號和待觀察信號，重新綜合、布局布線生成bit文件，下載到目標板后用ChipScope進行在線測試，得到觀測結果如圖4.23所示。通過仿真結果和在線測試結果的對比，可以驗證設計的正確性。

圖4.23 導頻和保護子載波插入在線測試結果

4.1.8IFFT變換

在MB-OFDM-UWB系統中，OFDM調制和解調可以分別通過IFFT/FFT來實現，頻域數據符號經過N點的IFFT運算變換為時域信號，接下來便可以傳輸給射頻前端發射出去。

本文利用Xilinx的Ipcore FFT v5.0來實現IFFT功能，FFT v5.0核采用DIT的Cooley-Tukey算法，提供4種不同的結構： Pipelined, Streaming I/O, Radix—4 Burst I/O，Radix—2 Burst I/O，Radix—2 Lite Burst I/O，

在這四種結構中，第一種流水式輸入/輸出可以實現連續幀處理，速度最快，但也需要最多的乘法器。基4突發式輸入/輸出結構擁有較小的結構，需要較少的資源，但必須等待前一幀數據處理完成，才能處理下一幀數據，轉換時間較第一種長。另外兩種基2結構較為簡單，使用資源也最少，但是速度也是最慢的。

基于運算速度和芯片資源的綜合考慮，本文采用Radix—4 Burst I/O結構的IFFT配置方式，FFT IP核模塊框圖如圖所示^[32]。

圖4.24 FFT IP核模塊框圖

上面已經講到，采用Burst I/O模式的IFFT核需要等待前一幀數據處理完成才能輸入下一幀，如果輸入使用原來的SYS_CLK_D時鐘來作為IFFT變換的時鐘，在下一幀來的之前是無法完成計算的，因此，需要對輸入IFFT的數據進行時鐘轉換，將速度提升一倍，以滿足時序要求。當IFFT變換完成后，再利用時鐘轉換模塊將數據調整回原來的速率。實現框圖如圖4.25所示

圖4.25 IFFT 實現框圖

仿真結果如圖4.26所示

圖4.26 IFFT模塊仿真結果

從圖中可以看出，每組輸入數據都能滿足在上一組數據輸出結束后開始輸入，從而滿足突發式輸入輸出的設計要求。使用Chipscope添加觀察信號采樣時鐘、觸發信號和待觀察信號，重新綜合、布局布線生成bit文件，下載到目標板后用ChipScope進行在線測試，由于受到資源的限制，采樣深度和采樣信號個數都受到限制，只能夠采樣一些關鍵的數據，得到觀測結果如圖4.27所示。通過仿真結果和在線測試結果的對比，可以驗證設計的正確性。

圖4.27 IFFT在線測試結果

4.2本章小結

在這一章中，根據第三章的設計方案，完成對各個模塊的Verilog HDL程序編寫仿真，以及在ISE仿真平臺上進行詳細的驗證，我們選用Xilinx公司的Spartan-6型FPGA作為目標硬件，使用Verilog HDL作為描述語言。對于硬件實現的驗證調試采用了Xilinx公司的在線片內信號分析工具ChipScope Pro，通過FPGA上的實測結果與Modelsim 上的仿真的比較結果驗證設計的正確性。