10 Gbps Wi-Fi下行链路数字中频设计与实现

摘要

Wi-Fi技术给人们的工作和生活带来了很多方便,发挥着越来越重要的作用。而目前主流的Wi-Fi设备工作在2.4 GHz频段,该频段已经相对拥挤,周围设备使用较多时,容易出现信号干扰。且随着智能终端的迅速发展与日益普遍的使用,百兆比特的传输速率已经不能满足人们的需求,于是第五代 Wi-Fi标准 IEEE802.11ac应运而生。
　　下一代 Wi-Fi标准802.11ac提升了数据的无线传输速率,改善了信号质量,但是这种无线产品的设计和测试也面临着挑战。为此,希望根据802.11ac标准,利用三个免费的WLAN频段,采用八根天线发射或接收信号来验证点到点能够传输的最大速率。本文针对下一代Wi-Fi下行接收链路的数字中频部分进行研究。
　　首先,探索了下行链路数字中频的整体设计方案。给出了DDC的详细设计,并利用Simulink工具对DDC处理流程进行了性能仿真。射频端模拟信号经过AD转换成为数字信号,然后经过解调、抽取滤波、混频等数字下变频处理后输出基带信号。
　　其次,针对DDC的设计给出了实现方案。采用基于System Generator搭建链路,即使用Xilinx模块对DDC建模,经验证正确后自动生成Verilog代码的方式实现。采用将输入信号与滤波器结合使用分多级、多相的方法实现了高数据速率(3840 Msps)的数字中频信号实时处理,使其可以在FPGA上实现。
　　最后,验证了下行接收链路数字中频的功能与性能。DDC输出的三路信号带宽分别为160 MHz、160 MHz、80 MHz,数据速率均为160 Msps,且满足802.11ac规范中的信号频谱模板。其中,带宽为160 MHz的信号由两个80 MHz信号组成,相当于一共输出5个80 MHz的信号。
　　DDC输出的5个80 MHz信号经过基带算法解调后得到的星座点与信号源的星座点几乎完全重合,其信噪比分别为46.8262 dB、46.2328 dB、48.5145 dB、47.7843 dB、48.1988 dB;EVM值分别为0.4557％、0.4879％、0.3752％、0.4081％、0.3891％。经测试,下行链路数字中频的功能与性能均满足提出的需求。
　　本文对下一代Wi-Fi接收链路数字中频部分进行了设计与实现,经验证方案可行,系统的数据传输速率最高可达10 Gbps。因而,可用于10 Gbps无线传输设备的研究,具有理论意义,并有一定的实用价值。

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表目录

缩略词表

第一章 绪论

1.1研究背景与意义

1.2论文章节安排

第二章 数字中频信号处理技术现状

2.1数字中频发展与应用

2.2数字中频关键技术

2.3数字下变频原理

2.4小结

第三章 需求分析与总体方案设计

3.1 10 Gbps Wi-Fi总体需求

3.2下行链路数字中频需求分析

3.3下行链路数字中频总体方案设计

3.4小结

第四章 10 Gbps Wi-Fi下行链路数字中频设计与仿真

4.1仿真数据源802.11ac信号

4.2数字下变频设计与仿真

4.3性能仿真结果与分析

4.4小结

第五章 10 Gbps Wi-Fi下行链路数字中频实现方案

5.1下行链路数字中频实现方案概述

5.2基于System Generator的数字下变频实现

5.3 System Generator链路验证与资源评估

5.4小结

第六章 下行链路数字中频功能测试与性能分析

6.1测试平台

6.2 BPS平台使用流程

6.3 DDC功能测试

6.4 DDC性能分析

6.5小结

第七章 结束语

7.1全文总结

7.2下一步工作建议

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间的研究成果