基于FPGA压缩感知的OFDM-UWB基带通信系统的设计与实现

摘要

随着人们对通信信息量需求的日益增大，为了满足未来不断增长的数据传输速率的要求，增加系统带宽来提高传输速率是直接有效的方法，而超宽带(UWB)通信系统的大带宽在提高传输速率方面具有明显优势。3-10GHz是首个支持UWB通信的频段，支持最高数据传输速率480Mbps;60GHz频段UWB通信系统可实现高于5Gbps传输速率的无线数据的传输。现有的3-10GHz标准、60GHz标准的UWB通信系统均规定OFDM是高速无线个域网的物理层方案之一，并且OFDM-UWB系统具有频带利用率高、抗符号串扰能力强和频率选择性衰落能力强等优点，因此，研究OFDM-UWB基带通信系统具有重要理论意义和很高的应用价值。
　　本文针对基于FPGA压缩感知的OFDM-UWB基带通信系统的设计与实现进行了研究。提出了一种基于FPGA压缩感知的OFDM-UWB基带通信系统的设计方案，采用压缩感知原理和FPGA技术设计并实现了60GHz的OFDM-UWB基带通信系统。利用Altera公司的StratixⅣ的FPGA芯片和采用VHDL语言设计了系统收发模块，各个模块是通过锁相环(PLL)产生多时钟控制存储器，实现了基于IEEE802.15.3c标准的物理层OFDM帧结构的组建和拆分。并采用压缩采样模块中根据压缩感知理论对接收机的信号进行压缩采样，采用多时钟控制的乘法器级联SRAM结构实现了压缩采样重构算法，节约了存储资源，通过多路并行的采样电路降低了ADC采样速率。信道估计模块中通过多个乘法器级联RAM通过OFDM帧结构中插入导频位置，进行信道估计。在QuartusⅡ开发环境下，采用Modelsim软件对各个模块进行了功能仿真，验证了各模块的准确性。利用FPGA开发板对基于压缩感知的OFDM-UWB基带通信系统进行了实验，结果表明，该系统能够实现基于IEEE802.15.3c标准的OFDM-UWB基带通信系统的通信功能。
　　所设计基于FPGA压缩感知的OFDM-UWB基带通信系统具有保密性好、抗多径能力强、低复杂度、穿透力强等优点，在无线个人局域网、无线高清多媒体接口、汽车雷达、医疗成像等方面得到了广泛的应用。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景及研究意义

1．2 基于压缩采样的OFDM-UWB的研究现状

1．3 FPGA开发过程介绍

1．4 本文的主要研究内容及组织安排

第二章 OFDM-UWB基带通信系统及其压缩感知原理

2．1 OFDM-UWB基带系统原理

2．1．1 信道编解码原理

2．1．2 数字调制解调原理

2．1．3 组帧和解组帧原理

2．1．4 IFFT和FFT原理

2．1．5 插入和去除CP原理

2．2 压缩感知原理

2．2．1 OFDM信号的压缩感知理论

2．2．2 压缩采样及其重构算法原理

2．2．3 基于压缩感知的信道估计原理

2．3 本章小结

第三章 基于压缩感知的OFDM-UWB基带系统设计与FPGA实现

3．1 OFDM-UWB基带模块设计与FPGA实现

3．1．1 信道编解码模块的设计与FPGA实现

3．1．2 64QAM调制解调模块的设计与FPGA实现

3．1．3 组帧和解帧模块的设计与FPGA实现

3．1．4 IFFT和FFT模块的设计与FPGA实现

3．1．5 插入和去除CP模块的设计与FPGA实现

3．1．6 OFDM-UWB基带系统传输过程

3．2 压缩采样设计与FPGA实现

3．2．1 压缩采样电路的设计

3．2．2 压缩采样重构算法的设计与FPGA实现

3．3 信道估计的设计与FPGA实现

3．4 本章小结

第四章 系统实验及调试

4．1 系统实验条件

4．1．1 FPGA开发板

4．1．2 AV5233C误码分析仪器

4．2 系统实验

4．2．1 系统实验调试

4．2．2 OFDM-UWB信号传输实验验证

4．3 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 全文总结

5．2 后续研究工作展望

参考文献

发表论文和参加科研情况

附录

致谢