基于OFDM的寬帶無線基帶接收機(jī)的關(guān)鍵算法及其VLSI實(shí)現(xiàn)架構(gòu)研究.pdf

1、傳輸寬帶化是無線通信系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢，而OFDM技術(shù)為寬帶無線通信系統(tǒng)的實(shí)施提供了技術(shù)基礎(chǔ)。毫無疑問，在寬帶無線通信技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化過程中，OFDM核心芯片將扮演至關(guān)重要的角色，而基帶接收機(jī)又是OFDM芯片設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)與核心內(nèi)容。本文探討OFDM基帶接收機(jī)設(shè)計(jì)的若干問題，主要包括：信號(hào)同步體系的設(shè)計(jì)及其關(guān)鍵算法的研究、信道均衡方案的設(shè)計(jì)及其關(guān)鍵算法的研究以及相應(yīng)的VLSI實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)研究，期望能為應(yīng)用于寬帶無線通信中的OFDM芯片設(shè)計(jì)提供算

2、法依據(jù)和設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，為將來OFDM芯片的產(chǎn)業(yè)化做前期研究工作。 本文在分析同步問題的基礎(chǔ)上，提出了一套適用于突發(fā)型OFDM通信系統(tǒng)的同步體系，主要包括捕獲階段的同步參數(shù)估計(jì)方案以及跟蹤階段的殘余同步誤差消除方案。同步參數(shù)的估計(jì)方案主要由基于訓(xùn)練序列的符號(hào)定時(shí)與載波頻偏估計(jì)以及整數(shù)頻偏的頻域搜索等快速算法組成，仿真結(jié)果表明這些算法都非常有效。 接收機(jī)在完成同步的初始捕獲之后仍然殘留著一些同步誤差，這些誤差盡管數(shù)量微小，卻會(huì)對

3、系統(tǒng)BER性能產(chǎn)生非常惡劣的影響。因此為了提高BER性能，接收機(jī)有必要抑制甚至消除殘余同步誤差的有害影響。本文提出了一種殘余同步誤差消除的全數(shù)字實(shí)現(xiàn)方案，其由兩個(gè)反饋環(huán)路組成：即導(dǎo)頻輔助定時(shí)誤差跟蹤環(huán)路與導(dǎo)頻輔助頻率誤差跟蹤環(huán)路。與現(xiàn)行方案相比，本文提出的方案采用了兩種新技術(shù)，即同步誤差聯(lián)合檢測的遞推算法和基于延遲的定時(shí)誤差校正方法。傳統(tǒng)的誤差估計(jì)方法必須在檢測的精度與跟蹤速度以及實(shí)現(xiàn)代價(jià)之間進(jìn)行折衷，而新算法能夠在提高檢測精度的同時(shí)維

4、持跟蹤機(jī)制原有的動(dòng)態(tài)性能，而且還可以通過降低數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)量來提高硬件實(shí)現(xiàn)效率?，F(xiàn)在廣泛使用的定時(shí)誤差校正方法容易造成信號(hào)序列失真問題，本文提出的新方法則完全避免了該問題，而且實(shí)現(xiàn)更為簡單。 信道估計(jì)和均衡是OFDM接收機(jī)設(shè)計(jì)的另一個(gè)重要問題。本文根據(jù)突發(fā)型通信系統(tǒng)的特點(diǎn)，提出了一種可在時(shí)變信道中正常工作的自適應(yīng)頻域均衡方案。該方案主要由頻域均衡器以及信道增益更新器組成，頻域均衡器完成頻域中的單點(diǎn)均衡任務(wù)，而動(dòng)態(tài)信道的跟蹤任務(wù)由信道

5、更新器來實(shí)現(xiàn)。信道增益更新器采用判決數(shù)據(jù)引導(dǎo)的方式來進(jìn)行信道更新，它采用RLS算法、通過比較新數(shù)據(jù)與判決器產(chǎn)生的反饋數(shù)據(jù)來獲取當(dāng)前信道狀況。與傳統(tǒng)的LMS算法相比，RLS算法盡管具有更高的計(jì)算復(fù)雜度(不過對于OFDM自適應(yīng)均衡器這樣的單抽頭應(yīng)用，RLS算法增加的運(yùn)算量完全可以承受)，但它卻具有更強(qiáng)的跟蹤時(shí)變信道的能力，這種特性在高速移動(dòng)應(yīng)用中尤為有用。 同步和均衡體系在采用硬件實(shí)現(xiàn)時(shí)應(yīng)當(dāng)映射到高效的VLSI架構(gòu)。本文提出了同步和

6、均衡關(guān)鍵算法的VLSI實(shí)現(xiàn)架構(gòu)，并利用FPGA器件對這些VLSI結(jié)構(gòu)的硬件效率進(jìn)行了評估。 將本文提出的同步和均衡體系包含在一個(gè)OFDM基帶接收機(jī)中，對這個(gè)接收機(jī)進(jìn)行BER性能仿真。數(shù)值仿真結(jié)果不僅驗(yàn)證了同步和均衡方案的有效性，還定量地評估了二者對總體BER性能的改善程度。通過比較接收機(jī)處于不同配置模式下的BER曲線，可以得出結(jié)論：殘余同步誤差消除和自適應(yīng)均衡機(jī)制的引入有效地改善了接收機(jī)BER性能，當(dāng)信道的SNR水平較高時(shí)，BE