基于NI技术的OFDM发射接收系统的设计

　　应用方案：基于NI虚拟仪器之PXI5671上变频卡、PXI5661下变频卡和Labwindows/CVI8.5正版软件实现OFDM发射机与接收机的样机。

　　使用产品：LabWindows/CVI8.5 软件开发平台；PXI5671(PXI5441+PXI561)；PXI5441 中频输出卡；PXI5610 射频输出卡；PXI5661(PXI5600＋PXI5142)；PXI5600 射频接收卡；PXI5142 下变频卡。

　　介绍：

　　OFDM是一种多载波的数字传输体制，由于具有频谱利用率高和良好的抗多径干扰等优点，已经被广泛应用到数字音频广播，数字地面电视和无线局域网等领域，并且被看作第四代移动通信的核心技术之一。但是对OFDM样机的研制和开发无论在软件算法的编写，还是硬件电路平台的搭建，都需要大量的人员和开销，且存在较高的风险。本文提出一种基于NI平台的OFDM实时收发系统的设计方法，即在CVI软件仿真平台上实现OFDM符号的数字基带处理算法的编写，用NI PXI5671和NI PXI5661实现OFDM射频模拟信号的发射与接收。对OFDM系统进行有效的验证，为今后大规模芯片生产提供了可靠的解决方案和理论指导。

　　OFDM系统简介

　　正交频分复用(OFDM，OrthogonalFrequency Division Multiplexing)是把高速串行数据分成多条并行的低速数据，分别对多个正交子载波进行调制，从而达到更高的频谱效率、更大的系统容量，并且符号持续时间大大加长，在移动、多径、衰落环境下有很大的优势。

　　本系统的主要功能是用前端的USB设备对声音信号进行采集、处理，调制到OFDM符号中，并上变频到射频信号发射。收端将接收到的射频信号进行下变频处理得到数字信号，并解出音频帧由USB设备播放。发端系统的基带数据处理部分主要包括信源编码、FEC、映射、OFDM成帧，硬件平台的处理部分包括数字上变频和射频调制等。接收系统的基带处理部分要主要包括同步、均衡、解映射、解FEC、音频译码等，硬件平台的处理部分包括射频解调和数字下变频。

　　OFDM系统硬件平台架构

　　整个系统由两台NI主机，两个USB声卡设备，两台显示器，一台安杰伦频谱仪4440A组成，如图1所示：

图1系统结构图

　　首先由发端的USB设备对输入的声音信号进行采样，样点送入NI主机，然后在发端的上层软件中编写OFDM基带处理等算法，生成的OFDM基带数据输出到PXI5671上变频到中心频率为10MHz的射频信号。PXI5671由两块可分离的板卡PXI5441和PXI5610组成，其中 PXI5441分为板卡RAM模块和OSP(onboard signal process,板卡数字信号处理)模块，板卡RAM模块负责主机和PXI板卡间的数据传递，OSP模块可对信号进行重采样滤波，数字上变频和DA转换等。PXI5610为射频板卡，经过两级混频放大滤波可将PXI5441输出的模拟IF信号调制到范围为250KHz-2.7GHz的射频信号。收端由 PXI5661对输入的射频信号进行解调，下变频到数字基带信号，并输出到NI主机上。PXI5661同样由两块分离的板卡PXI5600和 PXI5142组成。PXI5661完成射频信号到中频信号的转换，PXI5142的两个模块OSP模块和板卡RAM模块，分别完成AD采样、数字下变频、重采样滤波和主机与PXI板卡数据传递等功能，最后由收端的软件上层算法解出音频信号输出给USB声卡播放。

　　无论收端还是发端系统，上层软件算法产生的数据和PXI板卡的数据交互需要由主机内存和板卡RAM来完成，其中DMA控制主机内存和板卡RAM间的数据传递，最大可达到1Gbytes/s的数据吞吐量。板卡RAM采用的是一种SMC(Synchronization and Memory Core)技术，该技术无须将指令和数据分开存储，RAM中的FPGA模块不但能处理上层软件产生的所有指令，对OSP各模块进行配置，而且能对数据流进行缓存，最后由OSP的读取引擎，并以上层软件中所设的IQ速率读取数据，送入OSP中进行重采样、滤波、变频等处理。