宽带极高速WLAN关键技术研究及其NI-PXI的硬件实现

摘要

随着宽带无线通信技术不断发展，无线局域网(WLAN)正在迅速成长。新一代宽带极高速WLAN协议IEEE802.11ac将OFDM和MIMO技术结合，在2.4GHz和5GHz频段提供更丰富的调制编码方案与更多的传输带宽选择，在下行链路中引入多用户MIMO技术，使得系统的传输速率成倍提升。
　　本文主要针对IEEE802.11 ac中的关键技术进行研究，并从硬件实现角度对重要的模块进行了算法描述和性能仿真。在硬件实现中，主要针对MIMO-OFDM系统的时间同步以及信号检测过程进行了详细研究:对于时间同步过程，在传统算法基础上提出改进的硬件实现方案;对于信号检测的矩阵求逆进行了算法描述和硬件实现，并对信号检测过程进行定点仿真。本文的主要工作如下:
　　1.研究了新一代宽带极高速WLAN协议IEEE802.11ac的核心技术以及NI-PXI开发平台，对物理层的规范进行了阐述，详细讨论了IEEE802.11ac的分组结构、发送过程、接收过程以及信道模型。
　　2.针对IEEE802.11ac的核心技术与新特性，研究与设计了PSK-QAM星座映射方案以及IFFT、循环移位和循环前缀过程的联合处理方案。
　　3.针对接收端的时间同步过程，研究与分析传统的帧同步和符号同步方法，并提出了基于L-STF序列的差分自相关联合时间同步方案，又对该方案进行改进，最终用于时间同步的硬件实现过程。在确保同步性能的前提下，该方案大大降低了硬件实现的复杂度。
　　4.针对接收端的信号检测过程，研究与分析V-BLAST系统下的经典MIMO检测算法。对基于LS准则的信道估计以及各类信道均衡算法进行了性能仿真与分析。
　　5.针对MIMO-OFDM系统信号检测中矩阵求逆的硬件实现问题进行了研究，主要对棋盘分块求逆、分块LU分解求逆、基于Schmidt正交化的QR分解求逆和基于改进的Givens旋转的QR分解求逆这四种矩阵求逆方法进行算法描述和硬件实现，并做出了详细的硬件资源评估和算法时延评估，最后对MIMO信号检测过程进行了定点性能仿真与硬件实现。
　　6.介绍NI-PXI硬件开发平台的构成，提出一种适用于高速实时传输系统的硬件实现架构，给出IEEE802.11 ac原型机系统的演示。最后针对上述工作进行总结与展望，并指出未来的研究方向。