MIMO-OFDM系统中Turbo接收机实现技术研究

论文摘要

无线通信中日益增长的对系统容量和通信质量的需求促使着无线通信技术的飞速发展。MIMO技术利用空间复用增益能够有效的提高系统的传输速率;OFDM技术将频率选择性衰落信道在频域上转换为平坦衰落信道,可以有效的对抗多径衰落的影响。MIMO-OFDM系统结合了两者的优点,提高了无线通信系统的信道容量和可靠性。MIMO-OFDM系统中接收机的结构及接收机中的检测和译码算法对系统整体性能有着很大的影响。由于Turbo接收机使用软信息在检测器和译码器之间传递有效信息,避免了信息量的损失,提高了系统的性能。但是从系统复杂度来看,由于Turbo接收机在一次接收过程中要反复调用软入软出的MIMO检测算法和信道译码算法进行迭代运算,其复杂度往往是传统接收机的几倍甚至十几倍。因此,选择合适的MIMO检测算法和信道译码算法成为了MIMO-OFDM系统中Turbo接收机设计的关键。本文分为Turbo接收机算法选型和Turbo接收机DSP软件实现两大部分。在算法选型部分,本文研究了常见的软入软出MIMO检测算法和信道译码器,最终选定MMSE-PIC和Turbo码组成本文中MIMO-OFDM系统的Turbo接收机。本文还确定了MIMO检测模块、Turbo译码模块的内部迭代次数和Turbo接收机的迭代次数。在Turbo接收机DSP软件实现部分,本文首先进行Turbo接收机的资源估计和分配,并据此设计了DSP的数据处理流程和传输方式。由于Turbo接收机的迭代结构和Turbo译码内部的迭代运算,如何实现软入软出的Turbo译码模块并满足系统实时性的要求成为了Turbo接收机实现的关键问题之一。本文重点论述了如何在TI TMS320C6416T DSP上使用C语言实现并优化软入软出Turbo译码DSP程序。最后在单片DSP评估板上对Turbo译码程序的测试表明,经过优化的Turbo译码程序功能正确,并能够满足MIMO-OFDM系统的实时性要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 MIMO技术
• 1.1.1 MIMO 基本原理
• 1.1.2 MIMO 信道模型
• 1.2 OFDM技术
• 1.2.1 OFDM 基本原理
• 1.2.2 OFDM 技术的优缺点
• 1.3 MIMO-OFDM系统概述
• 1.4 本文的工作
• 第二章 MIMO-OFDM 系统Turbo 接收机设计
• 2.1 MIMO-OFDM系统Turbo接收机结构
• 2.2 软入软出的MIMO检测算法
• 2.2.1 MAP 算法
• 2.2.2 MMSE-PIC 算法
• 2.2.3 复杂度比较
• 2.3 软入软出的信道译码算法
• 2.3.1 软入软出的卷积码译码算法
• 2.3.2 软入软出的Turbo 码译码算法
• 2.3.3 复杂度比较
• 2.4 本章小结
• 第三章 MIMO-OFDM 系统中Turbo 接收机性能研究
• 3.1 无信道码的性能仿真和分析
• 3.2 信道码为卷积码的性能仿真和分析
• 3.3 信道码为Turbo码的性能仿真和分析
• 3.4 Turbo接收机方案选定
• 3.5 本章小结
• 第四章 Turbo 接收机的DSP 实现
• 4.1 定点数的概念及运算法则
• 4.1.1 定点数的定标
• 4.1.2 定点数的运算及处理
• 4.2 MIMO-OFDM系统实现框架
• 4.3 Turbo接收机的DSP实现及资源估计
• 4.3.1 Turbo 接收机DSP 资源估计
• 4.3.2 DSP 数据处理流程设计
• 4.3.3 DSP 数据传输方式设计
• 4.3.4 DSP 芯片选型
• 4.4 Turbo译码的DSP实现
• 4.4.1 接口设计及内存设计
• 4.4.2 DSP 算法流程
• 4.4.3 Turbo 译码中定点数的定标
• 4.4.4 DSP 程序优化
• 4.4.5 Turbo 译码定点DSP 程序仿真与浮点仿真的性能比较
• 4.5 本章小结
• 第五章 总结
• 5.1 本文的贡献
• 5.2 下一步工作
• 致谢
• 参考文献
• 在学期间的研究成果
• 个人简历