面向无线通信的基带处理器部件设计

摘要

随着社会需求的不断变化，无线通信的发展已由简单的人与人之间的通信，向着任何人与物在任何时间与地点进行任何形式的通信为趋势。在过去的几十年中，伴随着无线通信和互联网的不断融合，无线通信技术的应用以已实现简单的信息交流发展到了如今的万物互联时代。
　　通信系统伴随着调制技术的进步不断演进，调制技术的每一次创新，都是为了更好地解决信号在传输信道中的容量和失真问题。因此，如何在各种不理想因素如多径效应、频率选择性衰落等环境中，实现数据的可靠传输。并尽可能的有效利用频谱资源成为无线通信系统设计的主要标准。MIMO-OFDM系统分别通过结合正交频分复用技术频谱利用率高、抗干扰能力强的优点与MIMO技术提供高系统容量等优点，使得MIMO-OFDM系统满足数据传输高质量、高速率等要求。其中，接受机的性能与复杂度则取决于MIMO检测与信号同步算法的优劣。
　　本文针对目前无线通信以移动终端为主体的现象作为研究背景，在对MIMO检测与信号同步工作原理进行深入了解的基础上，以降低算法复杂度与降低硬件开销为目的，仔细分析了目前主流算法。为了解决信号同步中载波同步与符号定时同步的问题，分别采用了基于CP的时域细同步、基于导频的频域粗同步与基于CP的符号定时同步的估计方法，并进行了硬件的设计与实现。同时，针对接收部分较复杂的检测部分进行了算法分析与研究，并在研究过程中着重对求矩阵逆的实现问题做了分析与改进。采用了MGS算法通过将矩阵进行QR分解来使得矩阵求逆的运算复杂度更低。同时，为了使硬件资源开销更小且硬件设计复杂度更低，通过对MMSE运算过程进行分析，将计算量较大的关键部件进行了适当的划分与优化，设计出了MIMO检测处理单元。
　　MIMO检测与信号同步算法运用Verilog进行设计，并于ISE平台采用Xilinx IP使设计简化。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 移动通信关键技术

1.3 本文工作

1.4 本文结构

第二章 MIMO无线通信系统

2.1 硬件平台选择

2.2 系统硬件平台

2.3 系统软件平台

2.4 本章小结

第三章 信号同步

3.1 OFDM调制关键技术

3.2 信号同步分析

3.3 载波同步算法实现

3.4 符号定时同步算法实现

3.5 性能分析

3.6 本章小结

第四章 MIMO信号检测算法分析

4.1 多天线传输

4.2 MIMO检测算法分析

4.3 矩阵求逆算法研究

4.4 MIMO检测处理单元设计分析

4.5 本章小结

第五章 MIMO检测处理单元设计

5.1 MIMO检测系统结构

5.2 指令类型

5.3 指令功能定义

5.4 MIMO检测硬件设计

5.5 本章小结

第六章 工作总结与展望

6.1 工作总结

6.2 研究展望

致谢

参考文献

作者在学期间取得的学术成果

附录A 基于MGS算法的4×4阶矩阵QR分解计算过程