基于FPGA的OFDM系统verilog实现,包括IFFT,FFT,成型滤波以及加CP去CP,包含testbench。 quartus、vivado、modelsim仿真
核心模块得数IFFT/FFT这对欢喜冤家。这里直接调用Xilinx的FFT IP核不香吗？但为了展示底层实现，咱们用Cooley-Tukey算法写个精简版：
module fft_8point( input clk, input [15:0] data_in_real, input [15:0] data_in_imag, output reg [15:0] data_out_real, output reg [15:0] data_out_imag ); // 蝶形运算单元 task butterfly; inout [15:0] a_real, a_imag, b_real, b_imag; input [15:0] tw_real, tw_imag; begin // 复数乘法用移位代替浮点运算 temp_real = (b_real * tw_real) - (b_imag * tw_imag); temp_imag = (b_real * tw_imag) + (b_imag * tw_real); // 蝶形加减 b_real = (a_real - temp_real) >> 1; b_imag = (a_imag - temp_imag) >> 1; a_real = (a_real + temp_real) >> 1; a_imag = (a_imag + temp_imag) >> 1; end endtask // 三级流水线结构 always @(posedge clk) begin // 第一级：输入重排 stage1[0] <= {data_in_real, data_in_imag}; // 第二级：执行蝶形运算 butterfly(stage1[0], stage1[4], twiddle[0]); // 第三级：输出重排 {data_out_real, data_out_imag} <= stage2[0]; end endmodule注意这里用定点数替代浮点，牺牲了点精度但换来了速度。实际工程中记得做溢出保护，不然仿真时绝对能看到信号像窜天猴一样乱飞。
成型滤波器这块推荐用根升余弦，别被理论书上的公式吓到，用查找表实现最实在：
// 预先生成的滤波器系数 localparam [7:0] rrc_coeff[0:31] = { 8'h00,8'h03,8'h0A,...,8'h03,8'h00}; reg [4:0] filter_phase; always @(posedge clk) begin // 相位累加器控制插值 filter_phase <= filter_phase + upsample_rate; if(filter_phase >= 32) begin // 触发新符号输入 symbol_buffer <= next_symbol; filter_phase <= filter_phase - 32; end // 多相滤波器实现 fir_out_real = 0; for(int i=0; i<4; i++) begin fir_out_real += symbol_buffer[i] * rrc_coeff[filter_phase*4 + i]; end end循环展开是个好东西，但别贪杯，综合器可能把for循环直接铺开成并行乘法器。上板实测时发现，用4阶结构在Artix-7上能跑到150MHz，够用。
CP操作最容易被轻视。加CP看着简单：
// 加CP模块 reg [7:0] cp_buffer[0:15]; // 存储CP的循环前缀 always @(posedge clk) begin if(fft_valid) begin // 存储后1/4符号作为CP for(int i=0; i<16; i++) begin cp_buffer[i] <= fft_out[48+i]; end end // 输出时先发CP再发有效数据 if(tx_enable) begin if(cp_counter < 16) begin tx_data <= cp_buffer[cp_counter]; end else begin tx_data <= fft_out[cp_counter-16]; end end end但去CP时对齐信号是门艺术。推荐在接收端用自相关算法找符号起始点：
// 滑动窗口自相关器 reg [31:0] delay_line[0:15]; reg [31:0] corr_sum; always @(posedge clk) begin delay_line <= {delay_line[14:0], rx_sample}; corr_sum = 0; for(int i=0; i<16; i++) begin corr_sum += delay_line[i] * rx_sample; // 这里用共轭乘更准确 end if(corr_sum > threshold) begin symbol_start <= 1; end endTestbench得玩点花样，建议用MATLAB生成标准OFDM信号导入ModelSim。当年调试的时候，在信号里埋几个特定pattern能救命：
// 发射端测试序列 initial begin for(int n=0; n<64; n++) begin if(n%8 == 0) begin tx_data = 16'h7FFF; // 梳状频谱信号 end else begin tx_data = 16'h0000; end #10; end end // 接收端校验 always @(posedge fft_done) begin if(fft_out[8] !== 16'h7FF0) begin // 允许一定误差 $error("Subcarrier 8 mismatch!"); end end最后在Vivado里跑Implementation时，记得把FFT模块放在时钟区域中间。有次布局不当导致建立时间违规，差点以为自己的时序约束写错了。
上板实测时，用SignalTap抓取加CP前后的信号，能明显看到循环前缀的重复结构。不过要注意，实际信道中的多径效应会让这个结构变形，这时候该轮到信道估计模块上场了——那是另一个值得通宵调试的故事。
