基于FPGA的MC-CDMA基带系统的实现.docx

基于FPGA的MC-CDMA基带系统的实现
1.研究背景
多载波码分多址（MC-CDMA）通信系统在无线通信领域中得到了很大的发展和广泛的应用。MC-CDMA技术在弥补传统CDMA系统带宽资源利用率低，抗干扰能力差的同时，还具备多用户同时传输和多载波传输的优点。
FPGA作为一种可编程逻辑设备，其具有灵活可变、高性能且易于实现，因此，对于MC-CDMA基带系统的实现，FPGA成为一种非常理想的硬件平台。
2.MC-CDMA系统的基本原理
MC-CDMA系统采用的是多载波信号传输方式，将每个用户的信息码序列通过展开操作展开成长度为Nc的码片序列。将每个码片序列移到不同的载波频率上，对这些频率进行正交编码，并将这些编码后的频率复用起来，形成最终的发送信号。
接收端，将接收信号做正交解码，可以得到通过接收器收到的原信息码序列。
3.FPGA实现MC-CDMA系统的基本设计
3.1系统总体设计
FPGA实现的MC-CDMA系统主要由以下几个部分组成：码片生成器模块、正交编码器模块、信道仿真模块、正交解码器模块和多用户解调模块。
码片生成器模块用于生成用户信息码，正交编码器模块对码片后信号进行频率域正交编码，信道仿真模块对信号进行添加噪声和偏移仿真，正交解码器用于对接收信号进行正交解码，多用户解调模块将解码后的信号进行解调，最后通过串口输出或者LCD屏幕显示。
3.2码片生成器模块
一个用户的信号在频域被展开到多个子载波，码片生成器模块用于生成相应的序列。模块中储存了一个基本码片序列，每个用户码片序列的生成均通过对该序列的有权幅度加权。生成后的码片通过FIFO缓存给正交编码器模块使用。
3.3正交编码器模块
正交编码器模块是实现正交编码的核心部分，采用矩阵乘法实现，将生成的码片和正交码进行矩阵乘法。
3.4信道仿真模块
信道仿真模块用于产生通信信号，并模拟传输信号时出现的信道衰落、多径效应和高斯白噪声等现象。
3.5正交解码器模块
正交解码器模块是解码的核心部分，对接收的信号进行正交解码，获得每个用户的码片序列。将解码后的码片通过FIFO缓存给多用户解调模块使用。
3.6多用户解调模块
多用户解调模块用于对解码后的数据信号进行解调，得到原始的信息数据。
4.FPGA实现MC-CDMA系统的关键技术
4.1码片的生成和保存技术
基于FPGA实现MC-CDMA系统时，为获得用户的码片序列，需要对一个基本码片序列进行有权幅度加权。一般采用LFSR算法或者伪噪声算法（PN码）生成基本码片序列。在计算加权权值时，可以将其存入LUT表中，因为DSP的运算速度较为缓慢，使用LUT在一定程度上可以提升计算性能。
4.2码片的正交编码技术
正交编码技术采用矩阵乘法实现，即将基带码片信号进行变换，得到在频率域内互相正交的码片信号，避免多个用户在同一个频段内互相干扰。矩阵乘法中，信号的序列和正交矩阵可以采用FIFO队列进行存储，避免在每个时钟周期中重新计算。
4.3正交解码技术
正交解码技术采用FFT变换实现，其计算速度远高于开销较大的运算单元。解码后，需要对每位用户的码片进行解反变换，以得到用户的原始信息码序列。
5.结论
本论文研究了基于FPGA的MC-CDMA基带系统的实现方法和关键技术。通过对各个模块的设计和实现，可以实现一个完备的MC-CDMA基带系统。FPGA实现MC-CDMA基带系统具有硬件化、高效、可编程性和可扩展性等特点，是一种适用于MC-CDMA系统的优秀硬件实现平台。