中国移动多媒体广播(CMMB)系统中信道估计均衡的算法研究与硬件实现

摘要

随着通信与信息技术的不断发展，移动多媒体广播将成为广播电视产业的一个重要应用。国内外各种移动多媒体广播的标准应运而生，中国移动多媒体广播标准（CMMB）是国家广电总局于2006年发布的具有我国自主知识产权的移动多媒体广播行业推荐标准，具有广阔的市场前景。 作为CMMB系统物理层接收芯片设计项目的一部分，本文主要对该系统的信道估计均衡部分的算法进行了研究，并搭建仿真平台，对初步选定的不同算法的浮点和定点性能进行仿真分析，最终将确定的实现方法在FPGA硬件平台上验证实现。 CMMB系统采用OFDM技术，使用在频域内插二维导频的方式传递信道信息。导频时域隔行重复和频域非等间隔内插是CMMB系统的特点，本文针对这一特点对包括基于最小均方误差准则的维纳滤波、基于变换域滤波的DFT内插和基于多阶曲线逼近的各种多项式内插等常用的信道估计算法进行改进和比较，最终选择了改进后的基于LS准则和高斯内插的信道估计算法，在复杂度较低的情况下获得了较好的性能。 为了比较和验证算法性能并在硬件实现前确定各级运算中数据的长度，本文还介绍了基于C++语言的软件仿真平台，包括仿真系统的构成、信道模型搭建以及浮点、定点仿真的流程。并通过仿真结果确定了硬件实现中各个功能模块的数据长度。 最后，本文介绍了在ALTERA公司的stratixⅡ系列的FPGA EP2S180F1020C3上实现选定的信道估计均衡算法的思路和整体结构。其中由于在算法改进过程中使用了连续导频，并选择级联一维的估计算法给整个系统在硬件实现过程中的时序控制带来了一定的复杂度，本文通过相关模块的合并和资源共用较好的解决了这一问题。另外，问了降低均衡部分的复数除法对系统资源的占用和复杂度的提升，本文在不改变算法的前提下对硬件实现的整体结构进行调整，在均衡部分使用乘法代替了除法，大大降低了系统的复杂度。

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第一章绪论

1.1移动多媒体广播发展现状

1.1.1移动多媒体广播技术现状

1.1.2移动多媒体广播国内发展情况

1.2 CMMB标准概述

1.3 CMMB系统的信道估计

1.4本文主要完成的工作

第二章OFDM系统信道估计原理

2.1无线信道特征

2.1.1多径效应

2.1.2时变性

2.2 OFDM技术原理特点

2.2.1 OFDM技术

2.2.2 OFDM优缺点

2.3 OFDM系统的信道估计技术

2.3.1信道估计概念

2.3.2信道估计分类

2.3.3 OFDM系统基于导频符号的信道估计模型

2.3.4导频插入原则

2.3.5二维信道估计理论

第三章CMMB系统信道估计算法研究

3.1 CMMB标准特点

3.1.1 标准的第一部分

3.1.2物理层帧结构

3.1.3导频分布

3.1.4 CMMB标准特点分析

3.2 CMMB系统信道估计算法研究

3.2.1导频点估计

3.2.2内插算法研究

3.2.3信道均衡

3.2.4可选的修正算法

第四章仿真性能分析

4.1 系统仿真平台搭建

4.2信道估计部分算法性能仿真

4.2.1 各种估计算法性能比较

4.2.2修正算法性能分析

4.2.3最终选取的信道估计算法

4.3信道估计部分定点性能仿真

第五章硬件结构实现

5.1硬件环境介绍

5.1.1 FPGA设计简介

5.1.2本文所选择的FPGA介绍

5.2信道估计均衡模块硬件结构设计

5.2.1整体控制模块

5.2.2 RAM读写控制模块

5.2.3导频提取和时域内插模块

5.2.4信道均衡模块

第六章总结与展望

6.1本文内容总结

6.2对未来研究内容的展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文