OFDM 802.11a的FPGA实现:发射部分的最终实现

1.摘要

2.最终实现的ModelSim仿真

3.Matlab仿真和MoselSim仿真进行对比

4.完整工程

1.摘要

本系统在Xilinx的zynq 7000系列FPGA芯片上实现了一个基于IEEE 802.11a协议的OFDM基带处理发射机的功能。本系统包含了整个发射机的所有功能，包括序列训练符号、Siganl符号和Data符号等的实现过程。实现了data域的数据处理过程：由MAC层传来字节数据->并串转换->扰码->卷积编码->删余->一级交织->二级交织->调制映射->插入导频->IFFT->DAC。

发射机整体构架

系统采用125M时钟，DAC采用20M时钟，数据处理时使用AXI-Stream协议，让整个系统工作在流水线状态下，且最终保证了送往DAC的数据以20M的速率无间隙的连续输出，相比《基于Xilinx FPGA的OFDM通信系统基带设计》使用多重跨时钟域，本系统更稳定可靠。

系统硬件框图

系统实现了IEEE 802.11a协议里面的BPSK、QPSK、16-QAM、64-QAM调制。

调制方式

实现了数据速率6、9、12、18、24、36、48、54Mb/s。

数据速率

该设计完成了，Matlab和ModelSim仿真闭环测试对比。

Matlab和ModelSim仿真闭环测试对比

2.最终实现的ModelSim仿真

测试时，数据速率设为36，即16-QAM调制，编码效率3/4。测试数据使用5个OFDM符号，720个bit，即90byte。

下图显现了顶层输入输出的仿真效果，addr=0-89对应测试数据的字节地址：

顶层仿真截图

下图显示了DAC时域组帧模块仿真效果：

DAC时域组帧模块仿真

3.Matlab仿真和MoselSim仿真进行对比

clc;
close all;
PATH = 'D:/FPGA/OFDM_802.11a_my/TX/matlab/OFDM_802_11a_TX/';

FPGA_dac_dout = readlines([PATH,'dac_data_out.txt'],'EmptyLineRule','skip')';
display(FPGA_dac_dout);
FPGA_Im_dac_dout = extractBefore(FPGA_dac_dout,9);
FPGA_Re_dac_dout = extractAfter(FPGA_dac_dout,8);
display(FPGA_Re_dac_dout);
display(FPGA_Im_dac_dout);
q = quantizer('fixed','round','saturate',[8,6]);
FPGA_Re_dac_dout = bin2num(q,FPGA_Re_dac_dout);
FPGA_Im_dac_dout = bin2num(q,FPGA_Im_dac_dout);
FPGA_Re_dac_dout = cell2mat(FPGA_Re_dac_dout);
FPGA_Im_dac_dout = cell2mat(FPGA_Im_dac_dout);
FPGA_dac_dout = FPGA_Re_dac_dout + 1j*FPGA_Im_dac_dout;

preamble_out  = preamble_out  / max(abs(preamble_out ));
FPGA_dac_dout = FPGA_dac_dout /max(abs(FPGA_dac_dout));%归一化
display(preamble_out );
display(FPGA_dac_dout);
figure;
subplot(2,1,1);
plot(real(preamble_out ));title('Matlab仿真输出实部');
subplot(2,1,2);
plot(real(FPGA_dac_dout));title('FPGA仿真输出后实部');
figure;
subplot(2,1,1);
plot(imag(preamble_out ));title('Matlab仿真输出后虚部');
subplot(2,1,2);
plot(imag(FPGA_dac_dout));title('FPGA仿真输出后虚部');

matlab对比结果：