下一代移动无线通信系统的目标是实现无所不在的、高质量的、高速率的宽带多媒体通信。由于正交频分复用OFDM技术具有高频谱利用率、易于硬件实现、抗频率选择性衰落和窄带干扰能力等突出优点,使它成为当前移动无线通信领域技术研究的热点。OFDM技术已广泛地被应用于数字音频广播、数字视频广播、IEEE802.11a无线局域网标准等等,并且将成为第四代无线移动通信的核心技术。因此对OFDM系统关键技术的研究具有较高的理论价值与实用价值。 本文在分析OFDM数字基带系统关键技术基本理论的基础上,对OFDM基带系统的同步技术、调制/解调技术、信道编解码技术进行了系统和深入的研究,针对现有算法存在的不足提出了改进方案,并进行了仿真分析与比较。基于集成电路设计的SoC技术,给出了基于IEEE 802.11协议的数字基带关键技术模块的IP核设计方案,根据算法特点及硬件设计先进技术进行了设计优化,并在FPGA芯片上下载验证了优化方案的正确性与有效性。本文设计实现的关键技术的IP核有效地提高了OFDM硬件系统的工作速度并减少了硬件资源消耗,为OFDM系统芯片的实现打下了坚实的基础。具体研究内容如下： 1.在分析OFDM基带系统模型的基础上,讨论了定时误差、频率偏差、采样频率偏差等对OFDM系统性能的影响,分析了基于训练序列的Schmidl＆Cox同步算法理论。针对Sohmidl＆Cox算法的不足之处,分析了通过改变训练序列的时域结构来避免平台区出现的Minn＆Letaief算法、Park&Cheon算法以及采用二值映射实序列作为训练序列的算法。基于SoC技术完成了IEEE 802.11a标准协议中符号定时同步算法的IP核设计。 2.对基于训练序列、循环前缀及导频辅助三种类型的频率同步算法进行了深入的分析与研究。基于BPSK的OFDM信号特点,并利用OFDM信号前半帧和后半帧的相关性,推导出一个计算简单的随载波频率偏移呈正弦变化的目标函数,并在此基础上提出了一种无偏的频偏估计算法。研究且完成了CORDIC算法的硬件实现与优化设计方案,并设计实现了基于CORDIC算法的频偏估计模块的IP核,重点分析了其中复数自相关模块、互相关模块、高速乘法器及除法器等关键子模块的设计与优化方案,给出了仿真结果与分析。通过复用一套基于的频偏估计与补偿电路来实现粗、精频偏估计模块,从而减少一半硬件资源的消耗。 3.详细分析了基-2、基-4 FFT算法理论,在此基础上提出了一种新的基-6 FFT算法,并分析比较了各FFT算法的运算量。研究与分析了FFT算法运算中的原位运算、倒位序规律及蝶形运算特点,采用改进流水线结构的CORDIC算法模块以及双乒乓RAM方案设计实现了FFT/IFFT模块IP核,给出了FFT模块IP核中关键子模块的设计方案及仿真结果与分析。 4.从理论上分析了Turbo码MAP及SOVA译码算法原理,基于修正迭代循环软信息的思路,提出了最大-最小SOVA改进算法,并通过仿真分析了新算法的性能。仿真结果表明,新算法在不增加运算量的前提下提高了译码性能,且大大减少了译码时延,具有较强的实用价值。采用流水线结构及资源复用的设计策略,实现了基于SOVA算法的Turbo译码器IP核,针对其中核心计算模块提出了三种节省硬件资源的优化方案。给出了Turbo码译码器IP核各关键子模块的设计思路及仿真波形。仿真结果表明,本文提出的硬件设计优化方案大大降低了硬件资源消耗且提高了译码速度,具备低功耗、高速度的优良性能,特别适用于移动通信终端设备的开发与应用。 5.简述了卷积码编译码原理及常用的几种描述方法,提出了一种基于矩阵描述的Viterbi译码算法。基于该矩阵描述方法提出了一种并行、双向的Viterbi译码算法IP核实现方案,给出了Viterbi译码器IP核的模块结构以及各子模块的详细设计方案和仿真波形,并利用Synopsys DC与Astro设计平台完成了Viterbi译码器IP核的综合及后端布局布线与版图设计。仿真结果表明,本文设计的Viterbi译码器IP核功能正确,且硬件优化方案有效地提高了Viterbi译码器的译码速度,并极大地降低了资源占用和功耗,满足移动通信系统低功耗及实时性的应用需求。