无线通讯OFDM调制的实现

在当前的数据包以低时钟速率被写入缓冲器的时候，上一个包中的数据以高时钟率被读出。当读写操作在同一存储位置时，需要配置双端口RAM来输出旧存储内容。FFT处理后，高速率数据经过双端RAM后被还原到OFDM的发送速率。这个post-FFT存储缓冲器也作为一个位反转缓冲器。由于速率从高到低的改变，如果需要连续码流输出，就需要一个双缓冲器，即当一个FFT包被写入缓冲器时，上一个包中的数据从另一个缓冲器被读出。

MIMO结构设置

　　多天线结构是现代无线系统中的强制性需求，这些系统包括WLAN，WiMAX和3GPP LTE系统。在多输入输出(MIMO)系统中进行OFDM调制的一个很直接的操作就是复制数据通道，包括用于每一根天线的FFT核。

　　一种资源更友好的解决方案是共享每条天线的FFT核。为实现MIMO中的FFT复用，FFT核的频率至少要比基带数据传输速率快n倍，这里的n为天线的根数。当结合MIMO、TDD和FDD时，同一个FFT核能在两维上被共享，代价是需要pre-FFT数据缓冲。

　　图6描述的是TDD模式下一种双天线MIMO发射器的基本配置。FFT核被两条天线以及发送和接收器复用。循环前缀的插入和移除控制单元必须能够用于发射和接收。由于时钟频率的差异，每根天线的post-FFT数据处理需要一个双缓冲器。

图6：双天线MIMO TDD系统中OFDM调制解调的FFT核共享。

OFDM调制实例

　　下面的OFDM调制和解调在Altera Stratix III FPGA上进行，FFT和存储缓冲器使用MegaCore函数。这个例子打算用于采用FFT复用的系统，为了实现共享，这里，FFT核的时钟率要比基带信号快很多。该设计旨在实现可重配置结构的OFDM系统，它的FFT size和循环前缀的大小在执行中可变。Pre-FFT数据通过一个单缓冲器改变速率，Pre-FFT位反转数据通过一对缓冲器改变速率和次序。所有的控制模块支持TDD操作并被发射器和接收器共享。该应用实例可以很容易扩展到MIMO、TDD或者两者结合的系统中，例如图6中的系统以及图5介绍的FDD系统。

　　功能描述：这个设计实例包含两部分：OFDM调制和OFDM解调。前者包含IFFT和循环前缀的位反转插入，后者包含循环前缀的移除模块和改变数据速率的缓冲器。图7为这两者的高级集成。你可以把它看作是图3中的单天线TDD系统的一种扩展。附加的pre-FFT缓冲器使设计更容易地扩展到具有FFT复用的MIMO或FDD系统。

图7：OFDM调制解调设计架构举例。

Post-FFT处理：OFDM调制过程中的CP插入包含4个功能子模块：

　　1. 使用双时钟双端口RAM的双缓冲器

　　2. 位反转的存储写模块

　　3. 循环前缀插入的内存读取模块

　　4. 时钟同步模块

　　在发射数据通道中，位反转的IFFT输出数据在循环前缀插入模块被读入。一个控制单元分析数据地址并把它写入相应的存储单元。在一个完整的IFFT数据包被写入后，与循环前缀相应的最后几个样本以自然顺序读出。与此同时，如果有容量，来自下一个IFFT包的数据会被写入另一个缓冲器。如果两个缓冲器都有数据需要读取，会有一个延迟信号经过Avalon Streaming接口背压送到IFFT核。经过OFDM调制后的数据通常是连续的。而其后的模块，如IF调制解调器和天线，不应该施加背压。

　　在接收数据通道中，post-FFT处理限制了位反转和速率改变。位反转的FFT输出数据会被写入到正确的内存地址，就像之前所做的一样。一旦一个完整的数据包被写入了缓冲器，它将会按正常顺序依次读出。要特别注意避免过度的背压。由于读时钟频率通常慢于写时钟，故需要一个双缓冲器。图8讲述了post-FFT的数据处理。控制信号指明两个时钟域的缓存器状态，并通过同步逻辑进行同步。

图8：循环前缀插入操作前后的数据包比较。