B3G关键技术—信道估计的设计与实现

论文摘要

在过去的20多年里，移动通信技术在全球范围内得到了迅猛的发展和应用，已经历了从第一代模拟通信到第二代数字通信再到即将在全世界范围大规模商用的第三代多媒体通信的三个阶段。当今在全球范围内移动通信处于高速发展时期，我国对后三代移动通信的研究已经正式列入863项目，并启动了“FUTURE”计划。现在已经进入项目的第二个阶段，电子科技大学负责B3G（B3G是在沿着第三代移动通讯的基础上，演进开发出第四代移动通讯技术）TDD方式的下行链路设计，重点是基于FPGA（现场可编程门阵列）的实现研究。本文主要内容就是介绍MIMO-OFDM系统中的信道估计技术和介绍用FPGA实现信道估计器的方法。第一章介绍了OFDM和MIMO技术的发展历史及现状，以及下一代移动通信系统采用MIMO-OFDM技术的必要性。同时，说明了信道估计技术在移动通信中的重要性，以及现有信道估计技术的发展现状。第二章介绍了FPGA属于一种可编程逻辑器件，芯片内部以阵列状排列各种可配置逻辑块。通过可编程连线，人们可以方便地将程序下载到芯片中实现设计。具有设计周期短、投资少、风险小的特点，并且能够反复修改，反复编程，反复下载，直到满足设计需求，具有其他方式所没有的方便性和灵活性。第三章介绍了各种信道估计的方法，提出了在多天线OFDM系统中利用导频训练序列的相关特性来进行信道估计。由于相关估计算法的关键是训练序列的自相关特性，本文提出了一种优化训练序列的构造方式。利用该训练序列良好的自相关特性能够充分获得信道的状态信息，同时对噪声干扰具有良好的抑制作用。第四章介绍了本论文的设计重点在B3G TDD方式下行链路的接收端——信道估计的FPGA实现。本设计的FPGA芯片采用Xilinx公司Virtex-ⅡPro系列产品——XC2VP70，设计平台采用Xilinx公司的ISE系列软件。主要介绍了P2S、频域估计、时域估计的底层模块和上层模块。第五章主要介绍了前仿真、后仿真的性能比对，证明了硬件的实现性。同时拿出不同的信道估计性能比对。最后一章，总结了本文的工作，给出了结论，并提出了本文中存在的一些问题以及下一步应该进行的主要工作。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 图目录
• 表目录
• 缩略字表
• 第一章 引言
• 1.1 移动通信系统的发展
• 1.2 B3G的定义及其关键技术
• 1.2.1 OFDM技术
• 1.2.2 MIMO技术
• 1.2.3 软件无线电
• 1.2.4 IP技术
• 1.3 可编程逻辑器件
• 1.4 课题来源和研究任务
• 1.5 论文主要内容
• 第二章 FPGA简介
• 2.1 FPGA简介
• 2.2 FPGA开发流程
• 2.2.1 FPGA流程
• 2.2.2 电路设计
• 2.2.3 仿真与验证
• 2.2.4 综合优化
• 2.2.5 实现
• 2.3 硬件平台
• 2.3.1 Xilinx Virtex-Ⅱ Pro系列芯片
• 2.3.2 开发工具
• 第三章 OFDM系统中的信道估计
• 3.1 OFDM信道估计基础
• 3.1.1 OFDM信道估计
• 3.1.2 频率选择性衰落
• 3.1.3 时间选择性衰落
• 3.2 通信OFDM系统常用信道估计技术
• 3.2.1 盲道估计
• 3.2.2 导频辅助信道估计
• 3.2.3 半盲估计和序列叠加估计
• 3.3 B3G一般信道估计算法
• 3.3.1 导引图案设计
• 3.3.2 基于DFT
• 3.3.3 基于拉普拉斯展开法
• 3.4 B3G基于优化训练序列设计
• 3.4.1 优化训练序列设计的基本构想
• 3.4.2 优化训练序列的设计
• 3.4.3 频域导频时域相关信道估计算法
• 第四章 B3G信道估计的FPGA设计
• 4.1 B3G TDD方式下的下行链路
• 4.1.1 B3G TDD方式下的下行链路
• 4.1.2 重要参数
• 4.1.3 链路结构
• 4.1.4 MIMO-OFDM系统模型
• 4.2 系统需要分析和规划
• 4.2.1 系统需求分析
• 4.2.2 板级设计信号规划
• 4.2.3 设计结构
• 4.2.4 P2S并行改串行
• 4.2.5 频域估计
• 4.2.6 时域估计
• 4.3 信道估计的硬件结构
• 4.3.1 信道估计的两大问题
• 4.3.2 信道估计的硬件结构
• 4.3.3 信道估计的导频分离
• 4.3.4 信道估计硬件结构比较
• 4.4 接口的设计
• 4.4.1 P2S模块的上层接口
• 4.4.2 P2S模块的下层接口
• 4.5 频域估计
• 4.5.1 频域估计
• 4.5.2 频域估计的状态机
• 4.5.3 频域估计的波形
• 4.6 时域估计
• 4.6.1 时域估计
• 4.6.2 时域估计的状态机
• 4.6.3 时域估计的波形
• 4.7 常用基层模块的设计
• 4.7.1 定点数运算规律
• 4.7.2 乘法器
• 4.7.3 加法器
• 4.7.4 FFT ip core
• 4.8 小结
• 第五章 设计验证与性能分析
• 5.1 基本验证的思想
• 5.2 验证方法
• 5.2.1 前仿真
• 5.2.2 后仿真
• 5.3 仿真后的情况
• 5.3.1 仿真后的图
• 5.3.2 资源占用情况
• 第六章 总结及进一步的工作
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间的研究成果
• 个人简历