Implementace OFDM v obvodu FPGA

Abstract

Diplomová práce je zamena na implementaci OFDM modemu do programovatelného obvodu FPGA. Výhody vyuití OFDM jsou zejmé, vysoká spektrální úinnost a robustnost vi mnohacestnému íení. Základní principy OFDM signál jsou proto zmínny na nkolika prvních stranách. V tomto pípad byla vyuita konstrukce OFDM signálu pomocí inverzní Fourierovy transformace s vnitní modulací nosných 256-QAM pro zvýení kapacity kanálu. Jeliko je algoritmus výpotu diskrétní Fourierovy transformace pomrn sloitý, je vyuit efektivní algoritmus IFFT a jeho algoritmem vyuitým v obvodech DSP se také budeme zabývat. Dále jsou analyzovány moné problémy spojené s realizací takto zvoleného modemu a poskytnuta vhodná eení pro jejich eliminaci. Ped zapoetím implementace návrhu do vlastního obvodu je vak nutno provést nezbytné teoretické simulace v programu Matlab. Analyzovaný OFDM signál je podroben statistické i spektrální analýze. Nkolik stran je dále vnováno samotnému HW, pro který je návrh uren a dále pokrauje kapitola vnovaná simulacím v obvodovém simulátoru ModelSim. Pro vlastní programování vhdl kódu je pouito programu ISE Xilinx. V závru práce jsou pak uvedeny praktická mení potvrzující funknost daného modemu. Vechny skripty a data pouité v rámci práce jsou distribuovány na piloeném médiu.

The thesis is focused on designing OFDM modem, which should be implemented into the FPGA device. The advantages of using OFDM signals in order to provide high baud rates together with high multipath immunity has provoked a mass expansion into media systems such as DSL, DVB, Wi-Fi, WLAN, etc. . Thanks to this technology we can quarantee high modulation rates with minimal negative disturbance eects. The rst part is dedicated to characterise OFDM signals, their generation and the algorithm producing the OFDM which is implemented in DSP devices. For the purpose of using the fastest algorithm, the Fast Fourier Transform using Cooley-Tukey algorithm was shown. Before we can implement OFDM modem into the FPGA device, we have to simulate its correct function. Because there is no OFDM analyser available at our departement, its necessary to prove its correct function by simulations. Therefore a large part of this thesis is focused on simulations using Matlab and ModelSim, in order to show comparison between the theoretical, and simulated results. Between the theoretical and practical simulations there is a part which shows the brief characteristics of available FPGA devices. Detailed view is presented just for the Virtex II device, which the implementation is made for. As a suitable FPGA device, we have chosen Virtex II XC2V1000 which is available for students. In the last part the measured results were shown to prove the corect function of the modem. Programming the FPGA using VHDL language is realized in the software ISE Xilinx (distributed in Xilinx software support). All programmed scrits and data used in this thesis are included on distributed media.