OFDM-MIMO系统接收机关键技术研究与FPGA实现

论文摘要

近年来,移动通信技术在全球范围内得到了迅猛的发展及应用,各种全新的无线通信概念层出不穷、各种新的体制及其关键技术日新月异。由于正交频分复用（OFDM）技术可以高效地利用频谱资源并有效地对抗频率选择性衰落,多入多出（MIMO）利用多个天线实现多发多收,在不增加带宽和发送功率的情况下,可以成倍提高信道容量,因此OFDM-MIMO技术被广泛认为是后三代通信系统（B3G）的关键技术,是当今移动通信领域研究的热点。本文对OFDM-MIMO通信系统接收机的关键技术——数字下变频,OFDM同步、解调进行了相关研究,在多天线接收板的XC2VP70-5FF1704芯片上,完成了数字下变频,OFDM同步和解调的FPGA设计与实现。通过功能仿真、时序仿真、板级电路测试,验证了该设计的正确性。本文首先介绍了OFDM基本原理以其特点,然后对同步技术和数字下变频技术作了相应的介绍。同步是OFDM系统设计中的一项关键技术,即是针对系统中存在的时间偏差、频率偏差进行定时恢复、频偏的估计与补偿,来减少各种同步偏差对系统性能的影响。数字下变频是软件无线电的核心技术之一,其基本功能是从高速中频数字信号中提取所需的窄带信号,将其下变频为基带信号,降低数据率,以供后续DSP器件作进一步处理。在数字下变频器的设计和实现方面,本文先介绍了数字下变频器的原理和基本结构,然后根据系统要求对其进行了设计,并在实现上作了一些简化,节约了硬件资源。在对时间同步的设计和实现方面,本文采用了利用PN序列进行时间同步的算法。在实现上根据系统实际情况将数据分为四路分别与本地PN码做滑动相关运算,更有效的利用了同步数据,达到了更好的同步性能。在OFDM的频率同步的设计和实现方面,本文采用重复的PN码两两相关来估计频偏值,并联合一个二阶负反馈环路进行补偿。该算法利用环路自身噪声带宽抑制噪声,提高频率估计精度,并同时利用负反馈扩大频偏估计范围。本文在对算法的详细研究分析的基础上对其进行了FPGA设计与实现。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 移动通信系统的发展现状
• 1.2 本文的主要工作和内容安排
• 1.3 本章小结
• 第二章 OFDM-MIMO 接收机的关键技术及系统方案
• 2.1 OFDM 技术介绍
• 2.1.1 OFDM 基本原理
• 2.1.2 OFDM 系统的特点
• 2.2 同步技术介绍
• 2.2.1 时间同步
• 2.2.2 频率同步
• 2.2.3 常用同步技术概述
• 2.3 数字下变频技术介绍
• 2.4 OFDM-MIMO 通信系统方案
• 2.4.1 OFDM-MIMO 通信系统的基本指标及参数
• 2.4.2 OFDM 系统的帧结构
• 2.4.3 多天线接收板的总体设计
• 2.5 开发环境与工具
• 2.6 本章小结
• 第三章OFDM-MIMO 系统接收机的FPGA 设计与实现（上）
• 3.1 多天线接收端的FPGA 设计
• 3.2 数字下变频模块的FPGA 设计和实现
• 3.2.1 数字下变频模块的设计要求
• 3.2.2 数字下变频模块算法分析
• 3.2.3 数字下变频模块的设计与实现
• 3.3 时间同步模块的设计与实现
• 3.3.1 时间同步算法分析
• 3.3.2 时间同步模块的设计与实现
• 3.4 本章小结
• 第四章OFDM-MIMO 系统接收机的FPGA 设计与实现（下）
• 4.1 频率同步模块的实现
• 4.1.1 频率同步算法分析
• 4.1.2 频率同步模块的设计和实现
• 4.2 OFDM 解调模块的设计与实现
• 4.2.1 OFDM 解调算法分析
• 4.2.2 OFDM 解调的FPGA 设计与实现
• 4.3 本章小结
• 第五章 设计验证与性能分析
• 5.1 设计验证
• 5.1.1 设计验证流程
• 5.1.2 接收机的验证结果
• 5.2 性能分析
• 5.3 本章小结
• 第六章 总结
• 致谢
• 参考文献
• 硕士研究生期间的研究成果
• 个人简历