基于跨层控制的业务自适应OFDM技术研究

摘要

随着网络技术和无线通信技术的迅猛发展和日趋融合，有限的频谱资源与用户日益增加的业务需求之间的矛盾亦日渐突出。如何更有效率地使用信道频谱资源，是当前无线通信领域重要的研究课题之一。自适应OFDM调制系统以其高效频谱利用率等优点给频谱资源有限的无线通信领域注入了生机。
　　本文首先介绍了自适应OFDM技术和跨层控制技术的发展概况，阐述了自适应OFDM调制技术的原理和经典算法。之后本文基于FPGA+MCU硬件平台，在跨层设计思想的指导下，提出了一种自适应OFDM通信系统的设计方案，设计了该系统的整体框架，并制定了MAC帧结构和物理层协议数据单元（PPDU）格式。系统所采用的自适应算法为改进的简单分组比特算法，理论上最高数据传输速率可以达到14Mbps。
　　本文还对该系统中的调制器的工作原理进行了详细分析，制订了总体实现框架和系统参数，设计了信道编码、星座映射、导频调制、子带预均衡、循环前缀插入、前导序列构造、可配置IFFT/FFT、插值滤波器等模块的详细实现方案。
　　最终，论文在Altera公司的Quartus II平台上，选择高性能、低功耗、低成本的Cyclone III系列FPGA芯片，用Verilog HDL语言实现了该系统的调制器，并在ModelSim上进行了仿真。其中的IFFT模块使用高效低资源占用的可配置IFFT/FFT软核实现。该软核采用按频率抽取的基-22算法、改进的单通道延迟反馈（SDF）结构，能够很简单地配置成2n（[3,12]n?）点的FFT或IFFT，最高工作频率可达306.30MHz。实现后的自适应OFDM调制器可以通过高速串行通信接口从MCU接收MAC数据帧，然后根据MAC帧中包含的自适应参数对这些数据进行调制。所实现的基于跨层的自适应OFDM调试器，能适应复杂无线环境，在实际应用中具有很大的灵活性和适应能力。

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第一章 绪论

1.1 课题的背景及意义

1.2 自适应OFDM技术的发展概况

1.3 跨层控制技术概要

1.4 本文主要研究内容和内容安排

第二章 自适应OFDM传输系统的理论基础

2.1 OFDM调制解调技术原理

2.2 OFDM通信系统中的关键技术

2.3 自适应OFDM调制系统的技术难点

2.4 经典自适应资源分配算法

2.5 本章小结

第三章 自适应OFDM通信系统设计方案

3.1 硬件平台架构方案

3.2 跨层调度方案

3.3 自适应OFDM传输系统的软件架构方案

3.4 自适应资源分配算法

3.5 自适应OFDM调制器实现框架

3.6 自适应OFDM调制器主要参数设计

3.7 自适应OFDM调制器关键模块设计

3.8 MAC帧结构

3.9 物理层协议数据单元（PPDU）帧结构

3.10 本章小结

第四章 自适应OFDM调制器的FPGA实现

4.1 自适应OFDM调制器整体实现结构

4.2 自适应OFDM调制器中核心模块的FPGA实现

4.3 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 论文总结

5.2 后续工作安排

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文

附录2 攻读硕士学位期间参加的科研项目

致谢