OFDM系統(tǒng)均衡器設計優(yōu)化及VLSI實現(xiàn).pdf

1、由于能提供高速率和高質量的通信服務，正交頻分復用（OFDM，OrthogonalFrequency-DivisionMultiplexing）技術已經成為研究熱點。面向無線應用的OFDM系統(tǒng)設計中必須要面對一個問題，那就是通過通信介質傳輸?shù)男盘柎a元總會受到信道的干擾。OFDM系統(tǒng)中均衡器的作用是通過信號處理來消除多徑信道的影響，從而使接收機可以正確地對發(fā)送數(shù)據(jù)進行估計。因此，適合的均衡算法和均衡器設計對整個系統(tǒng)來說十分重要，這也是本課題

2、主要討論的問題。
　　在介紹課題背景之后，從兩個方面對OFDM系統(tǒng)中均衡技術的研究現(xiàn)狀及實現(xiàn)進行了介紹。第一個方面是循環(huán)前綴（CP，CyclicPrefix）長度足夠時單抽頭均衡器的VLSI設計，另一個方面是CP長度不足時均衡方案的研究及其實現(xiàn)。本文的工作主要包括以下幾個方面：
　　使用OFDM技術的IEEE802.11a無線局域網中單抽頭均衡器的傳統(tǒng)設計沒有考慮不同調制方式對均衡計算的不同要求。為了使系統(tǒng)可以工作在所有的調

3、制方式下，均衡器的硬件設計面向要求最高的調制方式。當工作于其它調制方式時，這樣的均衡器可以滿足系統(tǒng)要求，但是過度的操作會浪費時間和功耗。基于對IEEE802.11a協(xié)議使用的四種調制方式的研究，提出面向自適應調制的可配置單抽頭均衡器結構?？膳渲脝纬轭^均衡器可以工作于兩種模式，針對具體使用的調制方式提供合適的均衡方案。當系統(tǒng)工作于較低調制方式時，關閉不使用的部分電路，可配置單抽頭均衡器的功耗會明顯降低。在可配置單抽頭均衡器電路設計中，使用

4、雙模CORDIC處理器來完成在不同時段進行的直角坐標-極坐標變換和向量旋轉任務，從而降低均衡器的硬件規(guī)模。使用TSMC0.18μmCMOS標準單元庫進行綜合，可配置單抽頭均衡器不含RAM的電路規(guī)模約42k等效門，在時鐘頻率為20MHz情況下，高階調制和低階調制在初始階段的功耗分別為2.2mW和1.4mW，在運行階段的功耗分別為1.8mW和1.4mW。
　　其次，利用新的可配置單抽頭均衡器結構，對IEEE802.11a接收機中三個級

5、聯(lián)模塊—FFT處理器、單抽頭均衡器和相位跟蹤器進行聯(lián)合設計。旋轉因子處理是FFT處理器中最為復雜的運算之一，本文使用CORDIC算法實現(xiàn)旋轉因子處理，并提出將CORDIC算法中的幅度校正因子并入到可配置單抽頭均衡器的幅值均衡中，顯著減少FFT處理器所需硬件資源。FFT處理器的設計基于單個基23處理單元，電路規(guī)模約為318.4k門，功耗約為24mW。與此同時，提出將相位跟蹤與可配置單抽頭均衡器中的幅角均衡進行聯(lián)合。通過將兩個連續(xù)的相位旋轉

6、合并，聯(lián)合處理器在可配置單抽頭均衡器的基礎上只增加很少硬件便完成相位均衡和相位跟蹤雙重功能。
　　當CP不足時，簡單的單抽頭均衡方法已經不能很好地消除信道影響。鑒于傳統(tǒng)的各種殘余碼元間干擾（ISI，Inter-SymbolInterference）均衡方案都存在著高計算復雜度的缺點，本文提出三種低計算復雜度均衡方法。第一種方法，注意到在典型無線局域網信道環(huán)境中時域信號碼元只有很少的幾個抽樣受到殘余ISI影響，提出基于時域循環(huán)性恢復

7、（CR，CyclicityRestoration）的迫零判決反饋均衡（ZF-DFE，ZeroForcingDecision-FeedbackEqualization）方法。在提供與傳統(tǒng)ZF-DFE方法相同性能的同時，新方法的計算復雜度大幅下降。接下來，為了避免ZF-DFE方法中復雜的矩陣求逆運算，分別提出頻域迭代均衡方法和時域迭代CR方法。受到碼分多址通信系統(tǒng)中的多用戶訪問干擾抑制技術的啟發(fā)，提出頻域迭代均衡方法，該方法在頻域消除由殘余

8、ISI引起的子載波間干擾（ICI，Inter-CarrierInterference）。時域迭代CR方法基于CR方法以迭代方式在時域完成殘余ISI的消除，具有很低的迭代計算復雜度。在介紹三種方法之后，對各種方法進行性能和復雜度比較，作為殘余ISI消除器設計中算法選擇的基礎。
　　最后，研究各種迭代方法之間的關系，并以此為理論基礎，提出使用變換域方法和時域方法的聯(lián)合迭代方法，以同時提供低實現(xiàn)復雜度和低迭代計算復雜度。在對聯(lián)合迭代方法