学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

点对点无线收发器基带算法的研究与实现

作　者: 蔡梦
导　师: 邹雪城
学　校: 华中科技大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 点对点正交频分复用信道估计子载波干扰自适应调制场效应可编程门阵列
分类号: TN859
类　型: 博士论文
年　份: 2009年
下　载: 244次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

点对点（Peer to peer,P2P）网络可以很好的满足未来用户的需求,成为通信社会发展的必然趋势。P2P移动终端是直接面对用户的设备,给用户以直接的业务体验,影响到用户对网络的感受。因此,终端设备对网络,对用户都非常重要。终端通信技术支撑并决定了移动终端的发展与应用进程,是移动终端的核心。从而,研究移动终端的收发器芯片十分必要。在终端移动的条件下,信道是时变的,而且会产生多普勒频移。不仅如此,无线收发器的射频前端也会产生载波频偏和相位噪声。这些因素都会产生子载波干扰,严重影响系统的性能。传统的针对无线局域网的信道估计算法不能被直接应用于P2P无线收发器基带系统中,所以必须设计适用于本文目标系统的信道估计以及子载波干扰消除算法。目前国内外还没有P2P无线收发器研究的相关报道,因此对无线收发器基带算法的硬件实现进行研究可以作为该方向的理论基础。通过硬件实现,可以对接收算法进行实际环境下的测试,对资源、功耗等进行评估;也可以与介质访问控制层以及射频前端一起进行跨层实验。因此,对P2P无线收发器基带算法的硬件实现进行研究非常必要且紧迫。首先,选择P2P无线收发器的物理层架构作为研究对象。在通信距离、移动速率和功耗等约束条件下,对物理层的规格说明（Specification,SPEC）进行推导。然后,设计出符合SPEC的可重构射频前端和基带处理器。通过系统级仿真,说明提出的物理层架构满足SPEC的需求。其次,对低复杂度信道估计及子载波干扰（Intercarrier interference,ICI）消除算法进行研究。提出一种联合导频与训练序列进行信道估计的算法。基于Yuler-Walker方程,可以求出自回归模型的系数。然而,在实际中信道的统计特性难以获得。观测发现在满足归一化频偏小于10^-2时,AR模型的系数近似为1。通过以上假设可以改进状态空间模型,并简化Kalman滤波算法。仿真结果表明,提出算法的性能在移动环境下优于传统算法,且具有较低复杂度。然后,对基于正交映射模型的子载波干扰自相消算法进行研究。传统算法通常对多径时延扩展敏感,且不能与原系统兼容。为了解决上述问题,本文提出了四种时域自相消算法,分别将一个符号按照子载波相同和对称两种顺序映射成两个符号。仿真结果表明提出算法可以提高载噪比性能。在多径信道环境下,提出算法误码率性能比传统方法高约5dB,且峰值平均功率比较低。提出的算法还具有良好的后向兼容性。再次,对高性能、低复杂度的自适应调制算法进行研究。该算法包括信噪比估计以及自适应参数设计两个部分。传统信噪比估计算法通常可以在AWGN信道下取得较好性能。然而,在多径信道下,这些算法的性能会显著下降。为了解决上述问题,本文提出了一种新的信噪比估计方法。通常,系统中会插入若干空子载波用于频谱成型。本文正是利用这些“多余”的载波进行噪声能量的估计。然后,通过接收信号估计噪声与发送信号的能量之和。仿真结果表明,该方法对多普勒频移和信道时延扩展均不敏感。与传统算法相比,该算法误码率性能提升了93.3%且其复杂度较低。采用自适应调制算法后,系统的信道利用率最多可以提高347%。在提出上述算法的同时,本文还对每种算法进行FPGA综合。实验结果说明它们不仅理论性能较高,实现起来也具有小面积、低功耗的优点。最后,对P2P无线收发器基带算法的实现进行研究。传统文献对算法分析较多,对于算法实现后在系统中占用资源以及功耗等描述甚少。本文则弥补了这方面的不足。首先本文提出一个低功耗的时钟分配策略。通过对基带中FFT和Viterbi解码模块的分析表明,这些模块具有小面积、低功耗、高效率等优点。综合结果说明,P2P无线收发器基带算法可以满足实际需求。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-10
1 绪论  10-21
  1.1 引言  10-11
  1.2 课题研究背景和意义  11-14
  1.3 课题国内外研究现状  14-17
  1.4 本文研究内容  17-19
  1.5 论文的组织结构  19-21
2 P2P无线收发器物理层架构分析  21-35
  2.1 引言  21-22
  2.2 P2P无线收发器研究目标  22-26
  2.3 P2P无线收发器物理层系统组成  26-34
  2.4 小结  34-35
3 P2P无线收发器基带建模及仿真  35-43
  3.1 引言  35
  3.2 P2P无线收发器基带数学模型  35-39
  3.3 仿真与分析  39-42
  3.4 小结  42-43
4 低复杂度信道估计及ICI消除算法  43-58
  4.1 引言  43-44
  4.2 基于自适应滤波的信道估计算法  44-45
  4.3 公共相位补偿算法  45-46
  4.4 基于Kalman滤波的信道跟踪算法  46-47
  4.5 基于改进状态空间模型的信道估计方法  47-49
  4.6 仿真与分析  49-53
  4.7 低复杂度信道估计算法的硬件实现  53-56
  4.8 小结  56-58
5 基于正交映射模型的ICI自相消算法  58-78
  5.1 引言  58-59
  5.2 传统ICI自相消算法分析  59-68
  5.3 一种新的ICI自相消算法及无线收发器结构分析  68-70
  5.4 ICI自相消算法仿真  70-74
  5.5 联合信道估计以及ICI自相消算法仿真  74-76
  5.6 ICI自相消算法的硬件实现  76-77
  5.7 小结  77-78
6 高性能低复杂度自适应调制算法  78-93
  6.1 引言  78-80
  6.2 SNR估计算法  80-83
  6.3 一种新的SNR估计算法  83-84
  6.4 仿真分析  84-88
  6.5 自适应调制参数设计方法  88-91
  6.6 自适应调制算法的硬件实现  91-92
  6.7 小结  92-93
7 P2P无线收发器基带算法的硬件实现研究  93-115
  7.1 引言  93
  7.2 基带硬件架构描述  93-95
  7.3 接收器硬件实现研究  95-107
  7.4 发射器硬件实现研究  107-111
  7.5 面积、功耗、实时性分析  111-114
  7.6 小结  114-115
8 总结与展望  115-117
  8.1 全文成果总结  115-116
  8.2 进一步研究方向  116-117
致谢  117-118
参考文献  118-128
附录1 攻读博士学位期间发表的论文  128-130
附录2 攻读博士学位期间申请的专利  130

点对点无线收发器基带算法的研究与实现

内容摘要

全文目录

相似论文