基于IEEE802.11a的OFDM基带系统的研究与部分模块的实现

论文题目: 基于IEEE802.11a的OFDM基带系统的研究与部分模块的实现

论文类型: 硕士论文

论文专业: 信号与信息处理

作者: 王星

导师: 胡爱群

关键词: 无线局域网,正交频分复用,现场可编程门阵列,数字信号处理器,快速傅里叶变换,循环前缀

文献来源: 东南大学

发表年度: 2005

论文摘要: 无线局域网是计算机网络技术和无线通信技术相结合的产物,是利用无线媒介传输信息的计算机网络。OFDM技术由于能有效的对抗多径衰落,具有很高的频谱利用率,得到了越来越多的关注,被广泛应用于多种标准中,例如Beyond-3G移动通信系统。基于IEEE802.11a的无线局域网标准的物理层采用了OFDM技术,能有效的对抗多径信道衰落,达到54Mbps的速度,而未来的IEEE802.11n将达到100Mbps的高速。因此研究、开发以OFDM为核心的原型机非常有必要。本论文在深入研究了IEEE802.11a协议中OFDM技术的基础上,设计了三种实现方案:DSP方案、FPGA方案和DSP/FPGA方案。通过权衡系统的复杂度和性能,合理划分OFDM系统的各个模块,可以取得比单纯使用DSP或者FPGA更好的效果:相对较低的复杂度和较低的成本。文中详细介绍了采用硬件描述语言(HDL)设计系统中部分核心模块的方法和技巧。文中还详细介绍了TI公司的DSP产品—TMS320C6205及其硬件子模块、与FPGA间的接口模块的设计。针对FPGA和DSP芯片内部结构的特点,优化了两者之间的接口协议和DSP端的处理算法流程,提高了系统的吞吐量。整个系统在实现时,采用通常的“自顶向下”的设计思想,简化了难度。本论文在内容上首先介绍了OFDM的历史、发展和在无线局域网中的应用及OFDM系统的优缺点;其次分析了OFDM系统中信号的一般表达形式,比较了OFDM信号和传统FDM信号频谱上的优势,分析了OFDM在无线局域网应用中采用的关键技术和理论基础,在此基础上得到了该系统的一般原理实现框图;接着介绍了常用的无线局域网标准,着重于IEEE802.11a物理层协议中PLCP子层的定义、实现原理和具体参数;然后根据IEEE802.11a中规定的OFDM的实现原理和参数,提出了三种实现方案:DSP方案、FPGA方案和DSP/FPGA混合实现方案,介绍了各个方案的开发应用环境,并对这些方案进行比较,随后提出了这些方案中采用的一些关键技术的实现方法,包括:IFFT/FFT、加减循环前缀等等,阐述了有限字长效应对IFFT/FFT等定点运算结果的影响和解决方案,复杂数字电路系统设计方法中采用的一些技巧:流水线技术、存储器的“乒乓”操作和多时钟域的处理方法;再次根据上一章中提出的DSP/FPGA混合方案,根据FPGA芯片和DSP芯片的特点划分了基于IEEE802.11a的OFDM系统结构,设计了DSP和FPGA之间的通信协议,给出了部分硬件版图的设计思路和基本模块的设计方法,包括采用TI公司的TMS320C6205数字信号处理器设计硬件原理图和版图的注意点;最后给出了系统的仿真结果与分析,提出了改进和进一步开发的方向。

论文目录:

摘要

Abstract

第一章 绪论

1.1 无线局域网与OFDM技术

1.2 OFDM的历史与发展

1.3 OFDM系统的优缺点

1.4 本论文的组织结构

第二章 基于IEEE802.1a的OFDM系统基本原理

2.1 OFDM中信号的一般形式

2.2 OFDM与FDM频谱利用率的比较

2.3 OFDM系统中的关键技术

2.3.1 调制/解调技术

2.3.2 循环前缀

2.3.3 OFDM系统采用的其他关键技术

2.4 OFDM系统中的收发机原理结构

2.5 本章小结

第三章 IEEE802.11a协议及物理层参数介绍

3.1 IEEE802.11a物理层协议简介

3.1.1 IEEE802.11a中PLCP子层的帧结构

3.1.2 OFDM符号的编码处理

3.2 本章小结

第四章 基于IEEE802.11a的OFDM系统方案设计

4.1 OFDM基带系统结构

4.1.1 DSP系统的特点

4.1.2 TMS320C6000系列DSPs的基本结构及其开发环境CCS

4.1.3 采用DSP的方案设计

4.2 FPGA实现方案

4.2.1 电子设计自动化

4.2.2 FPGA和CPLD的特点

4.2.3 Xilinx的开发环境-ISE及其Virtex-II系列的基本结构

4.2.4 采用FPGA的方案设计

4.3 FPGA/DSP实现方案设计

4.4 OFDM系统中部分算法的实现原理

4.4.1 FFT/IFFT设计实现

4.4.2 插入/删除循环前缀的实现

4.5 设计中的关键点

4.5.1 有限字长效应的影响

4.5.2 FPGA系统中流水技术的实现

4.5.3 存储器的“乒乓”操作

4.5.4 多时钟域处理

4.6 本章小结

第五章 基于IEEE802.11a的OFDM系统部分硬件实现

5.1 硬件系统结构划分

5.2 高速DSP系统硬件设计中抗干扰设计

5.3 DSP子系统硬件功能模块划分与设计

5.3.1 芯片模式设置模块

5.3.2 存储器接口模块

5.3.3 串行通信接口模块

5.3.4 中断模块

5.4 硬件实现中的关键点

5.4.1 FPGA和DSP之间通信协议的设计

5.4.2 FPGA的软件设计

5.4.3 PCB布局和布板

5.5 本章小结

第六章 仿真结果及分析

第七章 结论

7.1 论文总结

7.2 改进与展望

主要符号对照表

参考文献

致谢

攻读硕士期间的发表的论文和参加的项目

发布时间: 2007-06-11

参考文献

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• [6].基于FPGA全数字OFDM收发信机的研究与实现[D]. 黄伟.北京交通大学2007
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