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1、基于FPGA的OFDM宽带数据通信同步系统设计与实现DesignandRealizetheSynchronizationSystemforBroadBandDataCommunicationBasedonFPGA李永波刘晓明（重庆大学通信工程学院重庆400030）摘要：正交频分复用（OFDM）是第四代移动通信的核心技术，本文介绍了一种基于FPGA的OFDM宽带数据通信同步系统的设计方案，该方案为OFDM多载波通信提供了必要的同步系统。通过仿真完成了系统方案的设计，并利用Altera公司的Cycl
2、oneII器件实现了整个同步系统设计。通过测试，论证了方案的可行性。关键词：正交频分复用同步码间干扰多载波调制载波间干扰Abstract:OFDMisthekeytechnologyof4Ginthefieldofmobilecommunication.ThispaperintroduceamethodofrealizingthesynchronizationsystemforbroadbanddatacommunicationbasedonFPGA,thismethodprovidesthei
3、ndispensablesynchronizationsystemforOFDMmulti-carrierscommunication.Accordingtosimulationwefinishthedesignofscheme,andthenusingtheCycloneIIFPGAofAlteraCompanyrealizethewholedesignofsynchronizationsystem.Throughtesting,demonstratethefeasibilityofthiss
4、cheme.KeyWords:OFDMSynchronizationISIMCMICI第四代移动通信（4G或称为Beyond3G）中将提供高达100Mbit/s甚至更高的数据传输速率，能够满足人们从语音扩展到数据、图像、视频等大量信息的高质量的多媒体业务。随着无线通信业务的飞速发展，为了在可用频带日趋紧张的情况下提高频带利用率，正交频分复用OFDM(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing)技术已成为第四代移动通信系统的核心技术。OFDM技术实际上是MCM(
5、Multi-CarrierModulation,多载波调制)的一种。其基本思想是：将信道分成若干个正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到每个子信道上进行传输。各子信道间保持正交，频谱相互重叠，与单载波调制相比，提高了频谱利用率，但是OFDM系统对定时误差和频率偏移比单载波调制敏感，其同步精度的要求比单载波调制更高，同步偏差会在OFDM系统中引起严重的ISI(InterSymbolInterference,【1】码间干扰)和ICI(InterCarrierInterferenc
6、e，载波间干扰)。因此，同步系统的研究对于OFDM宽带数据通信系统的实现具有重要的意义。【2】本文简要介绍了OFDM的系统结构以及同步对OFDM系统的影响，在IEEE802.11a协议的基础上提出了OFDM的同步系统方案，并重点讨论了：帧同步、符号同步和载波同步与跟踪的关键技术，最后利用Altera高性价比的CycloneII系列FPGA实现了整个方案。一OFDM系统结构以及同步偏差对系统的性能影响1．OFDM的系统结构图1OFDM发射/接收机的原理框图2．同步偏差对系统的性能影响OFDM的基带
7、信号表达式如下：∞−N12π1jk()(f0t−mT)St()=−∑∑aeNgtmT()(1)lm.kNmk=−∞=0式中：N为子载波数目（N=64），a为每个子载波的调制系数，T为OFDM符号的时长km,4us（包括循环前缀0.8us和FFT符号宽度3.2us），T为一个OFDM符号的周期长度（不包01含循环长度）3.2us，f=。0T0宽带信道基带模型为：htli(,)τ=−∑ht()(σττi)(2)i22假设：Ε=[][]ahΕ=1mk,i1jk2πτi则Hh=∑()teT0(3)mk,
8、ii在接收机和发送机完全同步的理想情况下，且宽带信道为慢变信道，则FFT输出为：Z=+aHn(4)mk,,mkmk,,mk当FFT窗口存在n的符号定时偏移，收发两端存在∆f的频率偏移，A/D采样时钟存在εTT'−γ=的采样偏移时，FFT输出将为：TTnjkm2πγjk2πεNn−Z=+eeeT0Njf2π∆mTεSa[]πγ()kf∆TaH(5)mk,0,,mkmkN可见，当收发两端不同步时，将会从以下三方面影响系统性能：1．对接收信号的各个子信道产生相位旋转；2．降低接收信号的各个子信道的正交
