基于IEEE 802.11a标准的OFDM系统相位噪声抑制算法及其硬件实现研究

摘要

OFDM技术因其较强的抗多径衰落能力以及极高的频谱利用率而倍受关注，并且具有硬件实现简单等优点，在许多无线通信系统中得到了广泛的应用。但由于其各个子载波间严格正交，所以对相位噪声非常敏感。相位噪声会破坏子载波间的正交性，引入载波问干扰ICI，特别是当子载波数目较大，调制阶数较高时，其影响尤为严重，很小的相位噪声就可以带来OFDM系统性能的急剧下降，出现所谓的错误地板现象，严重降低系统性能。 由本振引起的相位噪声对OFDM系统的影响主要有两种：公共相位误差(CPE，使同一个OFDM符号中所有子载波发生相同的旋转)和载波间干扰(ICI，使符号星座图发散)。由于同一个符号内每个子载波受CPE的影响是相同的，因此可利用OFDM自身的导频得到该符号的CPE估计值，然后利用估计结果校正其它的数据子载波。一般使用迫零准则(ZF)和最小均方准则(MMSE)实现对CPE的估计，然而，OFDM系统中导频数量有限，利用有限的导频往往得不到CPE的精确估计值；如果增加导频数目则将导致频谱利用率的降低。因此，文中提出了基于判决反馈的相位噪声抑制算法，先通过导频得到CPE的粗略估计，并利用此估计值对数据子载波进行校正和判决；再利用判决后的数据子载波对CPE作进一步估计，同时利用两次得到的CPE估计值得出优化的CPE估计值；最后对数据子载波做优化校正。在ICI的消除方面，本文分析和总结了4种ICI自消除算法，从载干比、误符号率和相位噪声容限等方面对这4种算法作了仿真和比较；并通过分析ICI权函数的性质，从理论上证明了4种ICI自消除算法性能的优劣。 在文章的最后，结合本文给出的IEEE 802.11a基带处理器的整体设计与实现，讨论了判决反馈相位噪声抑制算法的硬件实现，并对其中的每个子模块作了详细的介绍。由于ICI自消除算法能有效地消除相位噪声的干扰，并且具有实现简单的特点，因此在文章的最后还讨论了对称数据共轭ICI自消除算法的硬件实现。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1单载波与多载波通信系统

1.2 OFDM技术的发展历史

1.3 OFDM技术的主要优缺点

1.4 OFDM系统的基本原理

1.4.1 OFDM时域表达式

1.4.2 IFFT/FFT实现OFDM系统的调制和解调

1.4.3保护间隔与循环前缀

1.4.4 OFDM系统的实现

1.5论文的主要工作和结构安排

第二章IEEE 802.11a协议介绍

2.1 IEEE 802.11协议介绍

2.2 IEEE 802.11介质访问控制层

2.3 PLCP层介绍

2.3.1相关参数

2.3.2 PLCP帧格式

2.3.3 PLCP前导

2.3.4 SIGNAL域

2.3.5 DATA域

2.4 PPDU帧的编码过程

2.5信道构成

第三章IEEE 802.11a基带处理部分结构

3.1 IEEE 802.11a基带处理器发射端总体架构

3.1.1 SIGNAL符号生成模块

3.1.2 DATA符号生成模块

3.1.3主控单元

3.2 IEEE 802.11a基带处理器接收端总体架构

3.3基带处理器的工作时钟和数据格式

第四章 OFDM系统相位噪声抑制算法

4.1 OFDM系统中的相位噪声模型

4.2相位噪声对OFDM系统的影响

4.3基于判决反馈的相位噪声抑制算法

4.3.1迫零准则(ZF)

4.3.2最小均方误差准则(MMSE)

4.3.3判决反馈抑制算法

4.3.4仿真结果及分析

4.4 ICI自消除算法

4.4.1相邻数据取反ICI自消除算法

4.4.2相邻数据共轭ICI自消除算法

4.4.3对称数据取反ICI自消除算法

4.4.4对称数据共轭ICI自消除算法

4.4.5仿真结果及分析

第五章 接收处理器相位噪声抑制模块设计

5.1接收处理器判决反馈相位噪声抑制模块硬件实现方案

5.2基于导频的CPE校正

5.2.1导频提取与数据缓存

5.2.2导频相关与导频CPE估计

5.2.3导频CPE校正

5.3基于判决数据的CPE校正

5.3.1 16QAM解映射

5.3.2 16QAM映射

5.3.3判决数据CPE估计

5.3.4判决数据CPE校正

5.4 ICI自消除算法的硬件实现

5.4.1 ICI自消除调制

5.4.2 ICI自消除解调

第六章结束语

6.1结论

6.2未来目标

参考文献

硕士在读期间发表的论文

致谢