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自适应OFDM数字基带接收器的低功耗研究

张维津  
【摘要】:随着越来越多的无线设备走入生活,人们对多媒体业务的需求越来越高。传送多媒体业务需要一定带宽的保证,但传统的无线网络不能很好的支持多媒体业务。OFDM调制技术以其高的频谱利用率和抗干扰能力,成为未来移动通信中的关键技术。在4G的标准中将被作为底层调制技术提供更高的传输质量。作为手持无线设备,普遍采用电池供电,功耗是其成功与否的关键,本文针对OFDM数字基带接收端的低功耗问题进行了研究,对高功耗的部分进行了优化设计。 文中首先分析了OFDM数字基带接收端的基本结构及功耗比例,分析表明,信道估计器及信道译码器(Viterbi译码)占用了整个无线收发器数字基带功耗的70%~80%,因此,如果能对这两部分进行优化设计,将极大地降低手持终端的功耗。 然后本文分析了主流的几种信道估计算法,并对低复杂度信道估计算法进行研究。提出一种联合导频与训练序列进行信道估计的算法。通过重新推导状态空间方程,对Kalman滤波算法进行了简化。通过Matlab7.0进行了系统建模及仿真,结果表明,提出的算法具有低的复杂度,且性能在移动环境下优于传统算法。 其次,本文采用的是Viterbi译码方式进行信道解码,文中对Viterbi译码算法在不同编码率及调制方式(BPSK(1/2,3/4),QPSK(1/2,3/4),16QAM(1/2,3/4),64QAM(2/3,3/4))下进行了回溯深度vs性能的仿真,提出了一种自适应的Viterbi译码器,通过设计可重构的幸存路径存储管理单元(SMU),译码器可以根据不同调制方式自适应地选择回溯深度,并通过简化分支度量运算,降低了Viterbi算法中分支度量单元(BMU)和加-比-选单元(ACSU)的复杂度。 传统文献对于算法分析较多,硬件实现关注较少,尤其是信道估计器。本文对信道估计和Viterbi译码进行了硬件实现,用FPGA工具ISE及Designer Compiler进行了面积及功耗的分析。实验结果表明它们不仅理论上性能高,在实现上也达到了低功耗的目的。


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