OFDM系統(tǒng)均衡器設(shè)計(jì)優(yōu)化及VLSI實(shí)現(xiàn).pdf

1、由于能提供高速率和高質(zhì)量的通信服務(wù)，正交頻分復(fù)用（OFDM，OrthogonalFrequency-DivisionMultiplexing）技術(shù)已經(jīng)成為研究熱點(diǎn)。面向無線應(yīng)用的OFDM系統(tǒng)設(shè)計(jì)中必須要面對(duì)一個(gè)問題，那就是通過通信介質(zhì)傳輸?shù)男盘?hào)碼元總會(huì)受到信道的干擾。OFDM系統(tǒng)中均衡器的作用是通過信號(hào)處理來消除多徑信道的影響，從而使接收機(jī)可以正確地對(duì)發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行估計(jì)。因此，適合的均衡算法和均衡器設(shè)計(jì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)來說十分重要，這也是本課題

2、主要討論的問題。
　　在介紹課題背景之后，從兩個(gè)方面對(duì)OFDM系統(tǒng)中均衡技術(shù)的研究現(xiàn)狀及實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了介紹。第一個(gè)方面是循環(huán)前綴（CP，CyclicPrefix）長(zhǎng)度足夠時(shí)單抽頭均衡器的VLSI設(shè)計(jì)，另一個(gè)方面是CP長(zhǎng)度不足時(shí)均衡方案的研究及其實(shí)現(xiàn)。本文的工作主要包括以下幾個(gè)方面：
　　使用OFDM技術(shù)的IEEE802.11a無線局域網(wǎng)中單抽頭均衡器的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)沒有考慮不同調(diào)制方式對(duì)均衡計(jì)算的不同要求。為了使系統(tǒng)可以工作在所有的調(diào)

3、制方式下，均衡器的硬件設(shè)計(jì)面向要求最高的調(diào)制方式。當(dāng)工作于其它調(diào)制方式時(shí)，這樣的均衡器可以滿足系統(tǒng)要求，但是過度的操作會(huì)浪費(fèi)時(shí)間和功耗?；趯?duì)IEEE802.11a協(xié)議使用的四種調(diào)制方式的研究，提出面向自適應(yīng)調(diào)制的可配置單抽頭均衡器結(jié)構(gòu)?？膳渲脝纬轭^均衡器可以工作于兩種模式，針對(duì)具體使用的調(diào)制方式提供合適的均衡方案。當(dāng)系統(tǒng)工作于較低調(diào)制方式時(shí)，關(guān)閉不使用的部分電路，可配置單抽頭均衡器的功耗會(huì)明顯降低。在可配置單抽頭均衡器電路設(shè)計(jì)中，使用

4、雙模CORDIC處理器來完成在不同時(shí)段進(jìn)行的直角坐標(biāo)-極坐標(biāo)變換和向量旋轉(zhuǎn)任務(wù)，從而降低均衡器的硬件規(guī)模。使用TSMC0.18μmCMOS標(biāo)準(zhǔn)單元庫(kù)進(jìn)行綜合，可配置單抽頭均衡器不含RAM的電路規(guī)模約42k等效門，在時(shí)鐘頻率為20MHz情況下，高階調(diào)制和低階調(diào)制在初始階段的功耗分別為2.2mW和1.4mW，在運(yùn)行階段的功耗分別為1.8mW和1.4mW。
　　其次，利用新的可配置單抽頭均衡器結(jié)構(gòu)，對(duì)IEEE802.11a接收機(jī)中三個(gè)級(jí)

5、聯(lián)模塊—FFT處理器、單抽頭均衡器和相位跟蹤器進(jìn)行聯(lián)合設(shè)計(jì)。旋轉(zhuǎn)因子處理是FFT處理器中最為復(fù)雜的運(yùn)算之一，本文使用CORDIC算法實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)因子處理，并提出將CORDIC算法中的幅度校正因子并入到可配置單抽頭均衡器的幅值均衡中，顯著減少FFT處理器所需硬件資源。FFT處理器的設(shè)計(jì)基于單個(gè)基23處理單元，電路規(guī)模約為318.4k門，功耗約為24mW。與此同時(shí)，提出將相位跟蹤與可配置單抽頭均衡器中的幅角均衡進(jìn)行聯(lián)合。通過將兩個(gè)連續(xù)的相位旋轉(zhuǎn)

6、合并，聯(lián)合處理器在可配置單抽頭均衡器的基礎(chǔ)上只增加很少硬件便完成相位均衡和相位跟蹤雙重功能。
　　當(dāng)CP不足時(shí)，簡(jiǎn)單的單抽頭均衡方法已經(jīng)不能很好地消除信道影響。鑒于傳統(tǒng)的各種殘余碼元間干擾（ISI，Inter-SymbolInterference）均衡方案都存在著高計(jì)算復(fù)雜度的缺點(diǎn)，本文提出三種低計(jì)算復(fù)雜度均衡方法。第一種方法，注意到在典型無線局域網(wǎng)信道環(huán)境中時(shí)域信號(hào)碼元只有很少的幾個(gè)抽樣受到殘余ISI影響，提出基于時(shí)域循環(huán)性恢復(fù)

7、（CR，CyclicityRestoration）的迫零判決反饋均衡（ZF-DFE，ZeroForcingDecision-FeedbackEqualization）方法。在提供與傳統(tǒng)ZF-DFE方法相同性能的同時(shí)，新方法的計(jì)算復(fù)雜度大幅下降。接下來，為了避免ZF-DFE方法中復(fù)雜的矩陣求逆運(yùn)算，分別提出頻域迭代均衡方法和時(shí)域迭代CR方法。受到碼分多址通信系統(tǒng)中的多用戶訪問干擾抑制技術(shù)的啟發(fā)，提出頻域迭代均衡方法，該方法在頻域消除由殘余

8、ISI引起的子載波間干擾（ICI，Inter-CarrierInterference）。時(shí)域迭代CR方法基于CR方法以迭代方式在時(shí)域完成殘余ISI的消除，具有很低的迭代計(jì)算復(fù)雜度。在介紹三種方法之后，對(duì)各種方法進(jìn)行性能和復(fù)雜度比較，作為殘余ISI消除器設(shè)計(jì)中算法選擇的基礎(chǔ)。
　　最后，研究各種迭代方法之間的關(guān)系，并以此為理論基礎(chǔ)，提出使用變換域方法和時(shí)域方法的聯(lián)合迭代方法，以同時(shí)提供低實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度和低迭代計(jì)算復(fù)雜度。在對(duì)聯(lián)合迭代方法