Research and implementation of peer to peer(P2P)wireless transceiver baseband algorithms.pdf

1、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)(Peer to peer，P2P)網(wǎng)絡(luò)可以很好的滿足未來(lái)用戶的需求，成為通信社會(huì)發(fā)展的必然趨勢(shì)。P2P 移動(dòng)終端是直接面對(duì)用戶的設(shè)備，給用戶以直接的業(yè)務(wù)體驗(yàn)，影響到用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)的感受。因此，終端設(shè)備對(duì)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)用戶都非常重要。終端通信技術(shù)支撐并決定了移動(dòng)終端的發(fā)展與應(yīng)用進(jìn)程，是移動(dòng)終端的核心。從而，研究移動(dòng)終端的收發(fā)器芯片十分必要。在終端移動(dòng)的條件下，信道是時(shí)變的，而且會(huì)產(chǎn)生多普勒頻移。不僅如此，無(wú)線收發(fā)器的射頻前端也會(huì)產(chǎn)生載波頻偏

2、和相位噪聲。這些因素都會(huì)產(chǎn)生子載波干擾，嚴(yán)重影響系統(tǒng)的性能。傳統(tǒng)的針對(duì)無(wú)線局域網(wǎng)的信道估計(jì)算法不能被直接應(yīng)用于P2P 無(wú)線收發(fā)器基帶系統(tǒng)中，所以必須設(shè)計(jì)適用于本文目標(biāo)系統(tǒng)的信道估計(jì)以及子載波干擾消除算法。目前國(guó)內(nèi)外還沒有P2P 無(wú)線收發(fā)器研究的相關(guān)報(bào)道，因此對(duì)無(wú)線收發(fā)器基帶算法的硬件實(shí)現(xiàn)進(jìn)行研究可以作為該方向的理論基礎(chǔ)。通過硬件實(shí)現(xiàn)，可以對(duì)接收算法進(jìn)行實(shí)際環(huán)境下的測(cè)試，對(duì)資源、功耗等進(jìn)行評(píng)估；也可以與介質(zhì)訪問控制層以及射頻前端一起進(jìn)行跨

3、層實(shí)驗(yàn)。因此，對(duì)P2P 無(wú)線收發(fā)器基帶算法的硬件實(shí)現(xiàn)進(jìn)行研究非常必要且緊迫。
　　 首先，選擇P2P 無(wú)線收發(fā)器的物理層架構(gòu)作為研究對(duì)象。在通信距離、移動(dòng)速率和功耗等約束條件下，對(duì)物理層的規(guī)格說(shuō)明(Specification，SPEC)進(jìn)行推導(dǎo)。然后，設(shè)計(jì)出符合SPEC的可重構(gòu)射頻前端和基帶處理器。通過系統(tǒng)級(jí)仿真，說(shuō)明提出的物理層架構(gòu)滿足SPEC的需求。
　　 其次，對(duì)低復(fù)雜度信道估計(jì)及子載波干擾 (Intercarri

4、er interference，ICI)消除算法進(jìn)行研究。提出一種聯(lián)合導(dǎo)頻與訓(xùn)練序列進(jìn)行信道估計(jì)的算法?；赮uler-Walker方程，可以求出自回歸模型的系數(shù)。然而，在實(shí)際中信道的統(tǒng)計(jì)特性難以獲得。觀測(cè)發(fā)現(xiàn)在滿足歸一化頻偏小于10-2時(shí)，AR模型的系數(shù)近似為1。通過以上假設(shè)可以改進(jìn)狀態(tài)空間模型，并簡(jiǎn)化Kalman 濾波算法。仿真結(jié)果表明，提出算法的性能在移動(dòng)環(huán)境下優(yōu)于傳統(tǒng)算法，且具有較低復(fù)雜度。
　　 然后，對(duì)基于正交映射模

5、型的子載波干擾自相消算法進(jìn)行研究。傳統(tǒng)算法通常對(duì)多徑時(shí)延擴(kuò)展敏感，且不能與原系統(tǒng)兼容。為了解決上述問題，本文提出了四種時(shí)域自相消算法，分別將一個(gè)符號(hào)按照子載波相同和對(duì)稱兩種順序映射成兩個(gè)符號(hào)。仿真結(jié)果表明提出算法可以提高載噪比性能。在多徑信道環(huán)境下，提出算法誤碼率性能比傳統(tǒng)方法高約5dB，且峰值平均功率比較低。提出的算法還具有良好的后向兼容性。
　　 再次，對(duì)高性能、低復(fù)雜度的自適應(yīng)調(diào)制算法進(jìn)行研究。該算法包括信噪比估計(jì)以及自適

6、應(yīng)參數(shù)設(shè)計(jì)兩個(gè)部分。傳統(tǒng)信噪比估計(jì)算法通?？梢栽贏WGN信道下取得較好性能。然而，在多徑信道下，這些算法的性能會(huì)顯著下降。為了解決上述問題，本文提出了一種新的信噪比估計(jì)方法。通常，系統(tǒng)中會(huì)插入若干空子載波用于頻譜成型。本文正是利用這些“多余”的載波進(jìn)行噪聲能量的估計(jì)。然后，通過接收信號(hào)估計(jì)噪聲與發(fā)送信號(hào)的能量之和。仿真結(jié)果表明，該方法對(duì)多普勒頻移和信道時(shí)延擴(kuò)展均不敏感。與傳統(tǒng)算法相比，該算法誤碼率性能提升了93.3%且其復(fù)雜度較低。采用

7、自適應(yīng)調(diào)制算法后，系統(tǒng)的信道利用率最多可以提高347%。
　　 在提出上述算法的同時(shí)，本文還對(duì)每種算法進(jìn)行FPGA 綜合。實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明它們不僅理論性能較高，實(shí)現(xiàn)起來(lái)也具有小面積、低功耗的優(yōu)點(diǎn)。
　　 最后，對(duì)P2P 無(wú)線收發(fā)器基帶算法的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行研究。傳統(tǒng)文獻(xiàn)對(duì)算法分析較多，對(duì)于算法實(shí)現(xiàn)后在系統(tǒng)中占用資源以及功耗等描述甚少。本文則彌補(bǔ)了這方面的不足。首先本文提出一個(gè)低功耗的時(shí)鐘分配策略。通過對(duì)基帶中FFT和Viterbi解