基于CORDIC算法的OFDM 系統(tǒng)載波同步實(shí)現(xiàn)

0 引言
OFDM正交頻分復(fù)用技術(shù)是一種特殊的多載波傳輸方案，它可以看作是一種調(diào)制技術(shù)，也可以看作是一種復(fù)用技術(shù)。OFDM正交頻分復(fù)用技術(shù)具有許多其他無線通信技術(shù)所無法比擬的優(yōu)越性，其中一個(gè)主要原因就在于它能很好的對抗頻率選擇性衰落或窄帶干擾。同時(shí)，它也是一種并行技術(shù)，可通過將一個(gè)高速數(shù)據(jù)流分割成許多低速的數(shù)據(jù)流并在多個(gè)子載波上并行傳輸，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速傳輸。
OFDM正交頻分復(fù)用技術(shù)與一般的多載波傳輸技術(shù)的不同之處在于，該技術(shù)允許子載波頻譜相互重疊，只要滿足子載波間的相互正交就可以從混疊的子載波中分離出數(shù)據(jù)信息，從而使得頻譜利用率大大提高。由此可見，OFDM正交頻分復(fù)用技術(shù)對本來無線資源就十分貧乏的無線通信來說，是一種高效的傳輸技術(shù)。然而，OFDM系統(tǒng)對頻率偏移又非常敏感，這是因?yàn)椋l偏會破壞子載波間的正交性，并引入子信道間干擾(I－CD，從而導(dǎo)致各子信道不能正確解調(diào)。因此頻偏估計(jì)算法的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)是OFDM系統(tǒng)中的一個(gè)重要問題。
本文首先分析了殘余頻偏估計(jì)和校正的系統(tǒng)原理，然后重點(diǎn)介紹了雙模CORDIC算法的原理與FPGA設(shè)計(jì)。最后給出了基于FPGA的整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案。

1 OFDM系統(tǒng)與載波頻偏對系統(tǒng)的影響
OFDM正交頻分復(fù)用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。在無線通信系統(tǒng)中，由于接收端和發(fā)送端的載波振蕩器之間不可避免地存在著差異，同時(shí)由于移動信道中的多普勒頻移和相位噪聲的影響，使得接收機(jī)本地的載波和接收到的OFDM正交頻分復(fù)用信號的載波之間不可避免的存在著偏差。事實(shí)上，與單載波系統(tǒng)相比，OFDM系統(tǒng)對載波頻偏更加敏感。

圖2所示是小數(shù)倍載波頻率偏差對FFT之后各個(gè)子載波的影響。可見，小數(shù)部分頻偏會使子載波間不再正交。從而發(fā)生能量泄漏并產(chǎn)生ICI，使系統(tǒng)性能急劇惡化。

2 載波頻偏方案設(shè)計(jì)
本文介紹的設(shè)計(jì)方法采用的是Schmidl同步方案，其同步方案框圖如圖3所示，并在每一個(gè)OFDM數(shù)據(jù)幀前加入由重復(fù)的PN序列組成的OFDM訓(xùn)練符號。