基于反馈判决器的OFDM接收机算法及其联合仿真验证平台的研究

摘要

正交频分复用技术(OFDM)作为一种高效频谱利用率的技术，已经被LTE, DVB-T, DAB, IEEE802.11a采用为主要调制技术。OFDM系统可以很好地对抗高速传输情况下的符号间干扰，频率选择性信道。但是，跟其他体制的多载波系统一样，OFDM系统也容易受到频率偏移以及同步不准确的影响，信道估计的不准确也极大地影响 OFDM系统的性能。性能良好的信道估计算法是 OFDM系统获得高性能的保证，此外，从算法的研发到实现离不开验证。现有的常规的验证系统需要在FPGA或者DSP上对整个系统进行验证，通常的验证方法是，算法设计完成后，由专门的人员进行算法实现，将整个系统实现硬件平台上。对于复杂算法则要求性能强大，电平复杂的硬件验证平台去实现，成本较高。同时，有时要对整体接收机的某个模块算法进行验证，需要一个灵活可快速实现各种算法的验证平台。
　　针对以上问题，本论文研究了一种基本导频和反馈判决器的混合OFDM接收机算法，并使用反馈判决器对信号噪声作残余频偏，信道衰落进行抑制。本算法包括两个部分，粗估计模块和精估计模块。
　　1.粗估计模块结合了经典信道估计算法，利用正交频分复用系统的训练序列、导频信号，对接收信号的载波频偏，采样时钟频偏，以及信道响应做出一个粗估计。
　　2.精估计模块采用了基于导频的采样时钟频偏跟踪算法，并用多项插值对非导频位置的的信号作频偏补偿。最后，采用基于最小均方误差准则(MMSE)的反馈判决器对信号的残余的载波频偏，采样时钟频偏，信道衰落，噪声进行抑制。
　　3.验证算法的有效性，及同时缩短此验证算法的周期，开发了一种结合MATLAB以及现场可编程逻辑阵列(FPGA)的软硬件协同仿真平台，此平台采用千兆网卡传输，在 FPGA内部实例化 Xilinx提供的高性能网络控制器，并实现外围算法IP的通用接口，使得软硬件协同仿真仅需实现算法IP，不用考虑复杂的硬件接口设计，可加快算法验证速度。

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第一章 引言

1.1 研究背景及意义

1.2算法及验证平台发展动态

1.3研究目的

1.4本文主要工作和实现内容

第二章 算法设计

2.1 OFDM系统模型

2.2 整体算法

2.3 符号同步算法

2.4 载波频偏估计算法

2.5 信道估计算法

2.6 采样时钟频偏估计算法

2.7 MMSE判决反馈均衡器(MMSE-DFE)

第三章 协同仿真平台及其程序设计

3.1 协同仿真平台整体设计

3.2 PC端UDP数据打包及解包模块

3.3 UDP数据发送接收

3.4 基于FPGA以太网的UDP数据协议处理和算法验证模块

第四章 算法仿真和性能分析

4.1仿真环境

4.2 CFO估计性能分析

4.3信道估计性能分析

4.4 SFO估计性能分析

4.5 DFE估计性能分析

4.5 整体性能分析

4.6 硬件平台性能分析

4.6 小结：

第五章 总结

5.1 工作总结

5.2 未来展望

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果