基于OFDM的接收机关键技术的设计与FPGA实现

论文摘要

当今社会已经进入信息通信时代，在各种信息技术高速发展的背景下，信息的丰富性、及时性和便捷性显得越来越重要。任何人无论在什么情况下都希望能够与其他人进行无缝的信息交互和传递，这无疑也是一直以来人类追逐的通信梦想，而移动通信正是为了真正实现这一梦想而逐渐发展起来的。正交频分复用（OFDM）技术是多载波调制技术中的一种，也是最特殊的一种，因为它同时也是一种复用技术。OFDM技术理论上讲是一种特殊的多载波传输方案，近年来备受人们关注的一个重要原因是其能够有效地对抗窄带宽干扰，以及有效地减小频率选择性衰落。FPGA是一种新型的可编程逻辑器件，是在专用集成电路（Application SpecificIntegrated Circuit, ASIC）技术的基础上发展起来的，但有别于ASIC，使之更简单，更实用，更方便于实际的项目开发中。近年来， FPGA器件基于其设计上的创新，使其得到了前所未有的发展。无论是逻辑规模和还是处理能力，FPGA都有了前所未有的提高，使得其在移动通信领域的应用中也得到了越来越多的关注。本论文源于硕士期间的研究项目，主要是为了完成对一种移动通信系统物理层及其关键技术的研究与实现。本项目组的主要任务是完成对该移动通信系统物理层标准的研究及其关键技术的FPGA实现。作者的工作主要包括物理层系统结构的研究、物理层帧结构的研究、接收机关键技术的研究及FPGA实现。本文首先概述了OFDM的背景知识以及OFDM系统的特征与发展，然后详细讨论了基于OFDM的一种通信系统的物理层结构、物理层帧结构以及基带信号处理流程。接下来对该通信系统接收机关键技术的算法进行了深入的研究，包括符号定时同步算法、载波同步算法、信道估计与均衡算法，并在此基础上分别提出便于在硬件上实现的简化算法。最后分模块给出了接收机关键技术的FPGA实现框图，并详细详细阐述了实现流程。在本文的最后对相关工作进行了总结，并且对未来移动通信的发展及近一步研究进行了展望。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 OFDM 概述
• 1.2.1 OFDM 背景知识介绍
• 1.2.2 OFDM 系统架构
• 1.2.3 OFDM 系统的主要优缺点
• 1.3 FPGA 发展简述
• 1.3.1 FPGA 简述
• 1.3.2 硬件描述语言简述
• 1.3.3 FPGA 设计主要流程
• 1.4 论文结构及内容安排
• 第二章 基于 OFDM 的通信系统物理层结构及接收机关键技术
• 2.1 基于 OFDM 的一种通信系统的物理层结构
• 2.1.1 物理层概述
• 2.1.2 物理层帧结构
• 2.1.3 基带信号处理流程
• 2.2 基于 OFDM 的一种通信系统接收机的关键技术
• 2.2.1 符号定时同步
• 2.2.2 载波同步
• 2.2.3 信道估计与均衡
• 第三章 基于 OFDM 的接收机关键技术的算法研究
• 3.1 符号定时同步算法研究
• 3.1.1 符号定时偏差对 OFDM 系统的影响
• 3.1.2 符号定时同步算法
• 3.1.3 易于实现的符号定时同步简化算法
• 3.2 载波同步算法研究
• 3.2.1 载波频率偏差对 OFDM 系统的影响
• 3.2.2 载波同步算法
• 3.2.3 易于实现的载波同步简化算法
• 3.3 信道估计与均衡算法研究
• 3.3.1 无线信道对 OFDM 系统的影响
• 3.3.2 信道估计与均衡算法
• 3.3.3 易于实现的信道估计与均衡简化算法
• 第四章 基于 OFDM 的接收机关键技术的 FPGA 实现
• 4.1 系统开发平台介绍
• 4.1.1 FPGA 概述
• 4.1.2 Verilog HDL 语言概述
• 4.1.3 系统硬件开发平台概述
• 4.1.4 系统软件开发平台概述
• 4.2 接收机关键模块的设计与 FPGA 实现
• 4.2.1 符号定时同步模块设计与 FPGA 实现
• 4.2.2 载波同步模块设计与 FPGA 实现
• 4.2.3 信道估计与均衡模块设计与 FPGA 实现
• 第五章 结束语
• 5.1 论文工作总结
• 5.2 论文进一步研究
• 致谢
• 参考文献
• 研究生期间取得的成果