超宽带（UWB）定位系统发射机基带的系统设计，功能模块分解、硬件实现

4.1.7导频和保护子载波插入

在本文设计中，导频和保护子载波插入也是利用双口块RAM来实现的，根据子载波映射到IFFT的输入端口的编号，将相应数据对应的复数写入双口块RAM的地址中，当进行IFFT变换时，只需将其顺序读出即可。

对工程文件进行综合、布局布线后仿真，得到如图4.22所示结果。

图4.22 导频和保护子载波插入仿真结果

其中PIEN=1代表导频与保护子载波插入开始，将插入后的数据从双口RAM中顺序读出，就得到了最后输出的结果。

使用Chipscope添加观察信号采样时钟、触发信号和待观察信号，重新综合、布局布线生成bit文件，下载到目标板后用ChipScope进行在线测试，得到观测结果如图4.23所示。通过仿真结果和在线测试结果的对比，可以验证设计的正确性。

图4.23 导频和保护子载波插入在线测试结果

4.1.8IFFT变换

在MB-OFDM-UWB系统中，OFDM调制和解调可以分别通过IFFT/FFT来实现，频域数据符号经过N点的IFFT运算变换为时域信号，接下来便可以传输给射频前端发射出去。

本文利用Xilinx的Ipcore FFT v5.0来实现IFFT功能，FFT v5.0核采用DIT的Cooley-Tukey算法，提供4种不同的结构： Pipelined, Streaming I/O, Radix—4 Burst I/O，Radix—2 Burst I/O，Radix—2 Lite Burst I/O，

在这四种结构中，第一种流水式输入/输出可以实现连续帧处理，速度最快，但也需要最多的乘法器。基4突发式输入/输出结构拥有较小的结构，需要较少的资源，但必须等待前一帧数据处理完成，才能处理下一帧数据，转换时间较第一种长。另外两种基2结构较为简单，使用资源也最少，但是速度也是最慢的。

基于运算速度和芯片资源的综合考虑，本文采用Radix—4 Burst I/O结构的IFFT配置方式，FFT IP核模块框图如图所示^[32]。

图4.24 FFT IP核模块框图

上面已经讲到，采用Burst I/O模式的IFFT核需要等待前一帧数据处理完成才能输入下一帧，如果输入使用原来的SYS_CLK_D时钟来作为IFFT变换的时钟，在下一帧来的之前是无法完成计算的，因此，需要对输入IFFT的数据进行时钟转换，将速度提升一倍，以满足时序要求。当IFFT变换完成后，再利用时钟转换模块将数据调整回原来的速率。实现框图如图4.25所示

图4.25 IFFT 实现框图

仿真结果如图4.26所示

图4.26 IFFT模块仿真结果

从图中可以看出，每组输入数据都能满足在上一组数据输出结束后开始输入，从而满足突发式输入输出的设计要求。使用Chipscope添加观察信号采样时钟、触发信号和待观察信号，重新综合、布局布线生成bit文件，下载到目标板后用ChipScope进行在线测试，由于受到资源的限制，采样深度和采样信号个数都受到限制，只能够采样一些关键的数据，得到观测结果如图4.27所示。通过仿真结果和在线测试结果的对比，可以验证设计的正确性。

图4.27 IFFT在线测试结果

4.2本章小结

在这一章中，根据第三章的设计方案，完成对各个模块的Verilog HDL程序编写仿真，以及在ISE仿真平台上进行详细的验证，我们选用Xilinx公司的Spartan-6型FPGA作为目标硬件，使用Verilog HDL作为描述语言。对于硬件实现的验证调试采用了Xilinx公司的在线片内信号分析工具ChipScope Pro，通过FPGA上的实测结果与Modelsim 上的仿真的比较结果验证设计的正确性。