基于OFDM的寬帶無線基帶接收機的關鍵算法及其VLSI實現(xiàn)架構研究.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技術為寬帶無線通信系統(tǒng)的實施提供了技術基礎。毫無疑問，在寬帶無線通信技術的產(chǎn)業(yè)化過程中，OFDM核心芯片將扮演至關重要的角色，而基帶接收機又是OFDM芯片設計的關鍵環(huán)節(jié)與核心內容。本文探討OFDM基帶接收機設計的若干問題，主要包括：信號同步體系的設計及其關鍵算法的研究、信道均衡方案的設計及其關鍵算法的研究以及相應的VLSI實現(xiàn)結構研究，期望能為應用于寬帶無線通信中的OFDM芯片設計提供算

2、法依據(jù)和設計基礎，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)的估計方案主要由基于訓練序列的符號定時與載波頻偏估計以及整數(shù)頻偏的頻域搜索等快速算法組成，仿真結果表明這些算法都非常有效。 接收機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)字實現(xiàn)方案，其由兩個反饋環(huán)路組成：即導頻輔助定時誤差跟蹤環(huán)路與導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，即同步誤差聯(lián)合檢測的遞推算法和基于延遲的定時誤差校正方法。傳統(tǒng)的誤差估計方法必須在檢測的精度與跟蹤速度以及實現(xiàn)代價之間進行折衷，而新算法能夠在提高檢測精度的同時維

4、持跟蹤機制原有的動態(tài)性能，而且還可以通過降低數(shù)據(jù)的存儲量來提高硬件實現(xiàn)效率。現(xiàn)在廣泛使用的定時誤差校正方法容易造成信號序列失真問題，本文提出的新方法則完全避免了該問題，而且實現(xiàn)更為簡單。 信道估計和均衡是OFDM接收機設計的另一個重要問題。本文根據(jù)突發(fā)型通信系統(tǒng)的特點，提出了一種可在時變信道中正常工作的自適應頻域均衡方案。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均衡任務，而動態(tài)信道的跟蹤任務由信道

5、更新器來實現(xiàn)。信道增益更新器采用判決數(shù)據(jù)引導的方式來進行信道更新，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算復雜度(不過對于OFDM自適應均衡器這樣的單抽頭應用，RLS算法增加的運算量完全可以承受)，但它卻具有更強的跟蹤時變信道的能力，這種特性在高速移動應用中尤為有用。 同步和均衡體系在采用硬件實現(xiàn)時應當映射到高效的VLSI架構。本文提出了同步和

6、均衡關鍵算法的VLSI實現(xiàn)架構，并利用FPGA器件對這些VLSI結構的硬件效率進行了評估。 將本文提出的同步和均衡體系包含在一個OFDM基帶接收機中，對這個接收機進行BER性能仿真。數(shù)值仿真結果不僅驗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。通過比較接收機處于不同配置模式下的BER曲線，可以得出結論：殘余同步誤差消除和自適應均衡機制的引入有效地改善了接收機BER性能，當信道的SNR水平較高時，BE