文档介绍：华中科技大学博士学位论文
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
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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 %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。
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
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Abstract
work can fufil the requirements of the future customers, so it es the
developmental trend for munication society. P2P mobile terminal is the facility
directly facing the users