基于FPGA的MC-CDMA基帶系統的實(shí)現

1 MC-COMA調制解調的硬件實(shí)現
1.1 方案設計
根據MC-CDMA調制解調的基本原理，在本方案設計中將其調制過(guò)程劃分為符號復制、頻域擴頻、載波調制三個(gè)功能模塊，解調過(guò)程劃分為載波解調、解擴和頻域合并三個(gè)功能模塊?？紤]到代碼的整齊和運算速度的要求，在設計中采用了流水線(xiàn)操作方式。
根據需求，本文設計方案的子載波數為32，擴頻碼由長(cháng)度為32的OVSF碼發(fā)生器產(chǎn)生，通過(guò)設置OVSF碼發(fā)生器的參數，可以選擇32種不同的碼字中的一種進(jìn)行擴頻來(lái)區分不同用戶(hù)的數據。各個(gè)模塊之間的時(shí)序關(guān)系通過(guò)ens等控制信號實(shí)現，前端模塊運算完成才觸發(fā)后端模塊，從而實(shí)現流水線(xiàn)操作。
MC-CDMA調制所有程序模塊之間的關(guān)系和信號流程。其中MC-CDMA模塊為頂層模塊，第二行的三個(gè)函數為一級子模塊，第三行的函數為二級模塊。進(jìn)入MC-CDMA調制器的數據符號首先經(jīng)過(guò)N次復制，本文系統中N=32，Copy32子程序模塊即用于實(shí)現多載波調制中的符號復制功能。復制之后的數據送入頻域擴頻模塊sPreading，經(jīng)由長(cháng)度為32的OVsF碼序列進(jìn)行擴頻處理后送入IFFT32運算模塊實(shí)現頻域到時(shí)域的變換，完成MC-CDMA調制。
1.2 頻域擴頻的實(shí)現
在擴頻通信系統中，其原理都是使用擴頻序列來(lái)擴展用戶(hù)的原始信號。在接收端，為了恢復原始信號，使用與發(fā)射端一樣的同步擴頻序列與收到的信號進(jìn)行相關(guān)。MC-CDMA就是利用擴頻序列的互相關(guān)性進(jìn)行多用戶(hù)通信的，擴頻序列在MC-CDMA系統中起著(zhù)重要的作用。
1.3 FFT/IFFT的FPGA實(shí)現
本文中FFT/IFFT設計參考Altera公司FFTIP核的數據手冊[2]，通過(guò)對IP核進(jìn)行實(shí)際測試可知，有效數據要延遲于START信號4個(gè)時(shí)鐘周期輸入。而在本系統中，來(lái)自前端模塊的控制信號和有效數據是同步輸入FFT/IFFT變換模塊的，所以需要對輸入數據寄存4個(gè)周期。輸入數據緩沖模塊用來(lái)對輸入數據進(jìn)行寄存。時(shí)序控制單元用于保證模塊中的時(shí)序對齊。FFT/IFFT運算單元是基于A(yíng)ltera公司的Altera Megacore IP核實(shí)現的。FFT/IFFT IP核的各個(gè)主要參數設置如表1所示。變換長(cháng)度為32，采用并行流水線(xiàn)FO結構，為了節省slices資源的消耗，最大限度地選擇使用片內的塊RAM資源。表1給出了綜合得到的FFTIFFT模塊的資源消耗情況，從綜合報告中可知，其最大執行速度可以達到268 MHz。

2 系統綜述
2.1 系統驗證方案
基于以上所提出的2發(fā)3收MIMOMC-CDMA基帶系統發(fā)射機和接收機的設計方法，分別實(shí)現發(fā)射機和接收機的RTL代碼編寫(xiě)工作并進(jìn)行功能驗證之后，將發(fā)射機與接收機進(jìn)行了聯(lián)合凋試，驗證了本文設計實(shí)現的2發(fā)3收MIMOMC-CDMA基帶系統的基本功能。
2發(fā)3收MIMO系統的信道處理過(guò)程類(lèi)似于硬件仿真MIMO信道模塊，來(lái)自發(fā)射機2個(gè)發(fā)射端的信號xl，x2與信道矩陣相作用之后加入高斯白噪聲，得到3個(gè)數據：r1、r2、r3，送往接收機的3個(gè)接收天線(xiàn)端。接收機檢測算法是在假設2發(fā)3收MIMO信道矩陣的6個(gè)參數h11～h33己經(jīng)被正確估計出來(lái)的基礎上進(jìn)行的。系統聯(lián)合調試中的信道參數來(lái)自32個(gè)子載波的2發(fā)3收MIMOMC-CDMA的MATLAB仿真系統，首先得到仿真信道在每個(gè)載波上的參數，此時(shí)的信道參數為復數浮點(diǎn)數據；之后在MATLAB環(huán)境中編寫(xiě)一個(gè)將任意復數轉化為可設定點(diǎn)結構與位寬的十六進(jìn)制數據的程序，將這些復數信道參數轉化為Verilog編碼能夠識別的十六進(jìn)制數，本文實(shí)現中將這些信道參數轉化為位寬為16的十六進(jìn)制數，其中實(shí)部、虛部分別以高8位和低8位表示。在這8位中，1位為符號位，另外7位為預設的信道參數的值，其中2位為整數位，5位為小數位。