ofdm系统均衡器设计优化及vlsi实现

《ofdm系统均衡器设计优化及vlsi实现》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、ClassifiedIndex:TN911U.D.C:621.3.049.77DissertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringDESIGNOPTIMIZATIONANDVLSIIMPLEMENTATIONOFEQUALIZERINOFDMSYSTEMCandidate:ZhongWeiSupervisor:Prof.MaoZhigangAcademicDegreeAppliedfor:DoctorofEngineeringSpecialty:Microelectron

2、icsandSolid-StateElectronicsAffiliation:DepartmentofElectronicScienceandTechnologyDateofDefence:March,2007Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology摘要摘要由于能提供高速率和高质量的通信服务，正交频分复用（OFDM，OrthogonalFrequency-DivisionMultiplexing）技术已经成为研究热点。面向无线应用的O

3、FDM系统设计中必须要面对一个问题，那就是通过通信介质传输的信号码元总会受到信道的干扰。OFDM系统中均衡器的作用是通过信号处理来消除多径信道的影响，从而使接收机可以正确地对发送数据进行估计。因此，适合的均衡算法和均衡器设计对整个系统来说十分重要，这也是本课题主要讨论的问题。在介绍课题背景之后，从两个方面对OFDM系统中均衡技术的研究现状及实现进行了介绍。第一个方面是循环前缀（CP，CyclicPrefix）长度足够时单抽头均衡器的VLSI设计，另一个方面是CP长度不足时均衡方案的研究及其实现。本文的工作主要

4、包括以下几个方面：使用OFDM技术的IEEE802.11a无线局域网中单抽头均衡器的传统设计没有考虑不同调制方式对均衡计算的不同要求。为了使系统可以工作在所有的调制方式下，均衡器的硬件设计面向要求最高的调制方式。当工作于其它调制方式时，这样的均衡器可以满足系统要求，但是过度的操作会浪费时间和功耗。基于对IEEE802.11a协议使用的四种调制方式的研究，提出面向自适应调制的可配置单抽头均衡器结构。可配置单抽头均衡器可以工作于两种模式，针对具体使用的调制方式提供合适的均衡方案。当系统工作于较低调制方式时，关闭不

5、使用的部分电路，可配置单抽头均衡器的功耗会明显降低。在可配置单抽头均衡器电路设计中，使用双模CORDIC处理器来完成在不同时段进行的直角坐标-极坐标变换和向量旋转任务，从而降低均衡器的硬件规模。使用TSMC0.18µmCMOS标准单元库进行综合，可配置单抽头均衡器不含RAM的电路规模约42k等效门，在时钟频率为20MHz情况下，高阶调制和低阶调制在初始阶段的功耗分别为2.2mW和1.4mW，在运行阶段的功耗分别为1.8mW和1.4mW。其次，利用新的可配置单抽头均衡器结构，对IEEE802.11a接收机中三个

6、级联模块—FFT处理器、单抽头均衡器和相位跟踪器进行联合设计。旋转因子处理是FFT处理器中最为复杂的运算之一，本文使用CORDIC算法实现旋转因子处理，并提出将CORDIC算法中的幅度校正因子并入到可配置单抽头均衡器的幅值均衡中，显著减少FFT处理器所需硬件资源。FFT-I-哈尔滨工业大学工学博士学位论文3处理器的设计基于单个基2处理单元，电路规模约为318.4k门，功耗约为24mW。与此同时，提出将相位跟踪与可配置单抽头均衡器中的幅角均衡进行联合。通过将两个连续的相位旋转合并，联合处理器在可配置单抽头均衡器

7、的基础上只增加很少硬件便完成相位均衡和相位跟踪双重功能。当CP不足时，简单的单抽头均衡方法已经不能很好地消除信道影响。鉴于传统的各种残余码元间干扰（ISI，Inter-SymbolInterference）均衡方案都存在着高计算复杂度的缺点，本文提出三种低计算复杂度均衡方法。第一种方法，注意到在典型无线局域网信道环境中时域信号码元只有很少的几个抽样受到残余ISI影响，提出基于时域循环性恢复（CR，CyclicityRestoration）的迫零判决反馈均衡（ZF-DFE，ZeroForcingDecision

8、-FeedbackEqualization）方法。在提供与传统ZF-DFE方法相同性能的同时，新方法的计算复杂度大幅下降。接下来，为了避免ZF-DFE方法中复杂的矩阵求逆运算，分别提出频域迭代均衡方法和时域迭代CR方法。受到码分多址通信系统中的多用户访问干扰抑制技术的启发，提出频域迭代均衡方法，该方法在频域消除由残余ISI引起的子载波间干扰（ICI，Inter-CarrierInterference