雙載波超寬帶系統(tǒng)同步算法與VLSI實現(xiàn)方法研究.pdf

1、超寬帶(Ultra Wide Band，UWB)是一種適用于短距離、高速、無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)募夹g(shù)。它能夠在2米的室內(nèi)多徑環(huán)境中，提供最高480Mbps的傳輸速率。超寬帶技術(shù)在下一代無線個域網(wǎng)、無線家庭互聯(lián)等領(lǐng)域擁有廣泛的應(yīng)用前景。目前，WiMedia聯(lián)盟倡導(dǎo)的基于正交頻分多路復(fù)用(MB-OFDM)技術(shù)的超寬帶架構(gòu)被國際標(biāo)準(zhǔn)組織(ISO)采納為超寬帶國際標(biāo)準(zhǔn)。在中國，一種基于雙載波正交頻分復(fù)用(DC-OFDM)技術(shù)的超寬帶技術(shù)被采納為中國超寬

2、帶標(biāo)準(zhǔn)草案。這種雙載波正交頻分復(fù)用超寬帶系統(tǒng)具有更多的頻譜資源、較低的硬件要求等優(yōu)點，同時它兼容了MB-OFDM傳輸標(biāo)準(zhǔn)，具有較高的靈活性。
　　同步(Synchronization)處于接收機數(shù)字基帶最前端，是任何無線通信系統(tǒng)中不可或缺的過程。它的性能好壞直接決定了接收機能否正確接收射頻信號，基帶模塊能否有效完成數(shù)字信號處理功能。在基于OFDM技術(shù)的無線通信系統(tǒng)中，同步過程大致分為兩個部分：符號同步和頻率同步。符號同步完成對經(jīng)過

3、多徑信道衰落影響的OFDM符號起始位置的判斷。頻率同步完成對模擬前端諸多非理想因素干擾的估計和補償。
　　本文圍繞DC-OFDM超寬帶系統(tǒng)中同步問題展開系統(tǒng)研究，首次分析了適用于DC-OFDM超寬帶系統(tǒng)的同步算法與硬件實現(xiàn)方法，并給出了同步模塊的VLSI設(shè)計結(jié)果。論文整體分為符號同步和頻率同步兩個部分。
　　在符號同步方面，我們分析了多種同步誤差對OFDM系統(tǒng)造成的性能影響。然后，我們將整個符號同步過程按照功能劃分為包檢測、

4、粗同步、時頻碼檢測和精細(xì)同步四個部分，并通過系統(tǒng)仿真確認(rèn)每一部分的參數(shù)設(shè)置。算法設(shè)計方面，我們采用了相關(guān)檢測和能量檢測相結(jié)合的方法來滿足超寬帶系統(tǒng)對于室內(nèi)多徑環(huán)境下的要求，實現(xiàn)了較好的魯棒性。硬件實現(xiàn)方面，我們重點介紹了符號同步模塊中重要的信號處理單元的結(jié)構(gòu)和VLSI實現(xiàn)結(jié)果，如自相關(guān)器、互相關(guān)器、實數(shù)除法器等。
　　在頻率同步方面，我們首先分析了OFDM系統(tǒng)中多種模擬前端非理想因素的影響，如載波頻偏，采樣頻偏和I/Q失配，并給出

5、了他們在DC-OFDM超寬帶系統(tǒng)中的數(shù)學(xué)模型。然后，我們采納誤差矢量幅度(Error Vector Magnitude，EVM)作為參考，分析討論了這些非理想因素對于OFDM系統(tǒng)性能的損失。射頻工程師可以通過本文的理論分析在失配參數(shù)與性能損失之間建立關(guān)聯(lián)，從而指導(dǎo)工程師在硬件設(shè)計的早期完成系統(tǒng)規(guī)劃。算法設(shè)計方面，本文分析了I/Q失配引入鏡像頻率干擾的特點，繼而設(shè)計了一種基于相位旋轉(zhuǎn)的訓(xùn)練序列并給出了相應(yīng)的失配估計算法。仿真結(jié)果表明，新的

6、訓(xùn)練序列能夠獲得I/Q失配過程中引入的分集信息，從而使系統(tǒng)在解調(diào)過程中得到額外的分集增益。然后，我們針對多種模擬前端非理想因素共存的復(fù)雜情形提出了一種聯(lián)合估計和補償算法。硬件實現(xiàn)方面，我們給出了適合于DC-OFDM超寬帶系統(tǒng)中載波頻偏估計和補償模塊的設(shè)計方法，并著重介紹了負(fù)責(zé)三角函數(shù)運算的CORDIC單元。VLSI實現(xiàn)結(jié)果表明，本文所設(shè)計的頻率同步模塊滿足DC-OFDM超寬帶系統(tǒng)的時序和資源要求。
　　論文最后給出了未來的工作計劃