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摘要
传输宽带化是无线通信系统发展的必然趋势,而OFDM技术为宽带无线通信系统的实施提供了技术基础。毫无疑问,在宽带无线通信技术的产业化过程中,OFDM核心芯片将扮演至关重要的角色,而基带接收机又是OFDM芯片设计的关键环节与核心内容。本文探讨OFDM基带接收机设计的若干问题,主要包括;信号同步体系的设计及其关键算法的研究、信道均衡方案的设计及其关键算法的研究以及相应的VLSI实现结构研究,期望能为应用于宽带无线通信中的OFDM芯片设计提供算法依据和设计基础,为将来OFDM芯片的产业化做前期研究工作。本文在分析同步问题的基础上,提出了一套适用于突发型OFDM通信系统的同步体系,主要包括捕获阶段的同步参数估计方案以及跟踪阶段的残余同步误差消除方案。同步参数的估计方案主要由基于训练序列的符号定时与载波频偏估计以及整数频偏的频域搜索等快速算法组成,仿真结果表明这些算法都非常有效。接收机在完成同步的初始捕获之后仍然残留着一些同步误差,这些误差尽管数量微小,却会对系统BER性能产生非常恶劣的影响。因此为了提高BER性能,接收机有必要抑制甚至消除残余同步误差的有害影响。本文提出了一种残余同步误差消除的全数字实现方案,其由两个反馈环路组成;即导频辅助定时误差跟踪环路与导频辅助频率误差跟踪环路。与现行方案相比,本文提出的方案采用了两种新技术,即同步误差联合检测的递推算法和基于延迟的定时误差校正方法。传统的误差估计方法必须在检测的精度与跟踪速度以及实现代价之间进行折衷,而新算法能够在提高检测精度的同时维持跟踪机制原有的动态性能,而且还可以通过降低数据的存储量来提高硬件实现效率。现在广泛使用的定时误差校正方法容易造成信号序列失真问题,本文提出的新方法则完全避免了该问题,而且实现更为简单。信道估计和均衡是OFDM接收机设计的另一个重要问题。本文根据突发型通信系统的特点,提出了一种可在时变信道中正常工作的自适应频域均衡方案。该方案主要由频域均衡器以及信道增益更新器组成,频域均衡器完成频域中的单点均衡任务,而动态信道的跟踪任务由信道更新器来实现。信道增益更新器采用判决数据引导的方式来进行信道更新,它采用RLS算法、通过比较新数据与判决器产生的反馈数据来获取当前信道状况。与传统的LMS算法相比,RLS算法尽管具有更高的计算复杂度(不过对于OFDM自适应均衡器这样的单抽头应用,RLS算法增加的运算量完全可以承受),但它却具有更强的跟踪时变信道的能力,这种特性在高速移动应用中尤为有用。同步和均衡体系在采用硬件实现时应当映射到高效的VLSI架构。本文提出了同步和均衡关键算法的VLSI实现架构,并利用FPGA器件对这些VLSI结构的硬件效率进行了评估。将本文提出的同步和均衡体系包含在一个OFDM基带接收机中,对这个接收机进行BER性能仿真。数值仿真结果不仅验证了同步和均衡方案的有效性,还定量地评估了二者对总体BER性能的改善程度。通过比较接收机处于不同配置模式下的BER曲线,可以得出结论;残余同步误差消除和自适应均衡机制的引入有效地改善了接收机BER性能,当信道的SNR水平较高时,BER性能改善最多可达7-8 dB。
