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MIMO-OFDM系统发射机关键技术研究与实现

2020-12-14阅读(596)

MIMO-OFDM系统发射机关键技术研究与实现

论文摘要

在当前无线通信飞速发展的时期,如何在有限的频谱带宽内进行高速可靠的数据传输成为一个重要的研究课题。MIMO-OFDM技术由于具有抗频率选择性衰落强、数据传输速率高、系统容量大以及频谱效率高等优点已经成为目前无线通信的关键技术。本文的主要内容是设计了一个以MIMO-OFDM为基础的发射机系统,其目的是应用于大数据量的快速无线传输,从而替代光纤传输。整个系统发射机的输入源是标准的SDI接口,信息速率高达1.485Gbps,高速率的无线传输为系统的设计带来了一定的困难。所以本文研究内容具有较大的实践意义。论文在对MIMO-OFDM系统原理研究基础上,采用了4路输出2048个子带的MIMO-OFDM发射机设计方案,每路输出信息速率达371.25Mbps。为了降低数据处理速度,提高信道传输效率,每路数据采用64QAM调制方法。考虑到数据保护、同步及信道编码,论文设计了与传输速率相适应的数据帧结构。在对无线传输系统发射机的设计过程中,设计了一种对数据进行空时编码的简化方法,分析了Mody提出的一种同步算法,以此为基础设计了用作同步的数据帧头。在FPGA设计过程中,对多路IFFT模块的复用设计了双缓存流水复用的结构,有效地节省了系统占用资源。并分析了FFT运算过程中的量化误差模型。论文利用Matlab对MIMO-OFDM发射机关键技术模块进行了仿真分析,确定了满足设计要求的技术指标。综合速度、资源及技术指标等因素,系统中各个模块采用16位定点运算处理,OFDM分2048个子带,采用2048点FFT实现,每路MIMO数据符号速率达120MHz。论文研究了基于Xilinx公司XC6VLX240T-1FFG1156芯片的发射机的实现技术。在ISE集成开发环境中以Verilog HDL语言完成了发射机从QAM调制到D/A数模转换之前的所有数据处理模块的设计与实现,包括QAM调制、空时编码、FFT运算及复用、组帧、过采样滤波等。在设计过程中采用流水设计技术实现了FFT运算,数据处理时钟可达250MHz。同时为了节省资源,4路输出单元采用两个IFFT模块实现,从而提高了系统的资源利用效率。最后,在Xilinx公司的Virtex-6 FPGA ML605开发套件上运用ChipScope等辅助工具完成了对系统发射机的在线调试,验证了系统发射机设计的正确性。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 绪论
  • 1.1 研究背景及意义
  • 1.2 相关技术发展状况
  • 1.2.1 MIMO 和OFDM 技术
  • 1.2.2 可编程逻辑器件
  • 1.3 本文主要研究内容
  • 1.3.1 研究任务
  • 1.3.2 论文结构及主要内容
  • 第二章 MIMO-OFDM 原理
  • 2.1 OFDM 系统技术原理
  • 2.1.1 OFDM 系统基本模型
  • 2.1.2 保护间隔和循环前缀
  • 2.1.3 OFDM 系统的优点与缺点
  • 2.2 MIMO 系统技术原理
  • 2.2.1 MIMO 信道的模型及容量
  • 2.2.2 分集技术
  • 2.2.3 空时编码
  • 2.3 MIMO-OFDM 原理
  • 2.3.1 MIMO-OFDM 基本模型
  • 2.3.2 MIMO-OFDM 的关键技术
  • 第三章 MIMO-OFDM 发射机关键技术设计及仿真
  • 3.1 总体结构
  • 3.1.1 实现设计框图
  • 3.1.2 系统参数及性能指标
  • 3.1.3 数据帧结构
  • 3.2 同步帧头设计
  • 3.3 空时编码设计
  • 3.4 循环前缀设计
  • 3.5 基于MATLAB 的发射机系统仿真
  • 3.5.1 系统发射机算法流程
  • 3.5.2 QAM 调制仿真
  • 3.5.3 空时编码和OFDM 调制仿真
  • 3.5.4 滤波器仿真
  • 3.6 FFT 误差模型分析
  • 3.6.1 数据的量化
  • 3.6.2 蝶形单元误差模型
  • 3.6.3 N 点FFT 误差分析
  • 第四章 发射机的FPGA 设计与实现
  • 4.1 基带发射机的总体结构
  • 4.2 QAM 调制的设计实现
  • 4.2.1 QAM 调制
  • 4.2.2 QAM 模块实现
  • 4.3 空时编码的设计实现
  • 4.4 IFFT 及其复用技术的设计实现
  • 4.4.1 FFT 算法
  • 4.4.2 2048 点FFT 实现
  • 4.4.3 FFT 核的使用
  • 4.4.4 IFFT 模块的复用设计
  • 4.5 发射机数据块组帧的设计实现
  • 4.6 过采样滤波的设计实现
  • 第五章 平台构建与资源分析
  • 5.1 发射机平台构建
  • 5.1.1 硬件开发平台
  • 5.1.2 软件开发平台
  • 5.2 系统资源占用分析
  • 第六章 结束语
  • 6.1 主要工作与贡献
  • 6.2 下一步工作
  • 致谢
  • 参考文献
  • 作者在学期间取得的学术成果
  • 作者在学期间参与的科研项目

    • 相关论文文献

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