NGB-W系统的信道估计均衡算法以及FPGA实现

发布时间：2019-02-22 18:36

【摘要】：下一代广播电视网(NGB，Next Generation Broadcast Network)是国家广电总局在建的具有自主知识产权的多媒体广播技术标准。作为三网融合的重要组成部分，NGB能够利用“三网”资源的共享，为用户提供丰富的话音、图像和数据等服务。NGB-W(Next Generation Broadcast Network Wireless System)是NGB网络的一个重要组成部分，在兼容了CMMB技术的同时包含了更多的数字化服务，其核心任务就是有效利用广播无线信道频谱资源，为用户提供了更高带宽和速率，完成无线广播和双向通信的一体化，促进广电向无线业务服务方向发展。无线通信系统中发射机和接收机之间的传播路径非常复杂，系统性能主要受无线信道多径的影响，使得无线信道较有线信道有很大的随机性。为了能在接收时准确的恢复发送的信号，接收端的信道估计就是一种好的解决办法。信道估计是无线通信系统的一项关键技术，通过接收端的信道估计，可以知道无线信道的多普勒频移、信道阶数、多径时延、冲激响应等参数。在无线广播通信系统中，能否获得详细的信道信息帮助接收机正确地解调出发射信号，成为无线通信系统性能评估的一项重要指标。 NGB-W作为下一代广播电视网无线系统，相关协议起草完成，算法模型已通过软件仿真，但是对于实际复杂的地面移动广播电视信道，接收端能否良好的还原发送信号，减少传播中的失真，需要对相应算法进行硬件仿真。因此研究信道估计与均衡算法的FPGA硬件开发就显得尤为重要。本文首先介绍了下一代广播电视网的意义和发展，提出了信道估计与均衡对于NGB-W的重要性。然后针对NGB-W系统关键技术，先介绍了传输所采用的OFDM技术，论述了其基本原理，分析了它的优缺点和关键技术；再针对无线传输分析了无线信道的一些传播特性，，包括了多径效应、无线信道大尺度衰落和小尺度衰落等对无线信号接收的影响；最后简述了NGB-W物理层所采用的一些关键技术，对整个NGB-W系统做了概述。根据系统的特点，文章分析了最小二乘法(LS，Least Square）、最小均方误差(MMSE，Minimum Mean Square Error）、线性最小均方误差(LMMSE，Linear Minimum Mean Square Error）三种信道估计算法，介绍了常值插值、线性插值、高阶插值、维纳滤波插值、DFT插值几种插值算法，以及迫零(ZF，Zero Forcing）和最小均方误差(MMSE，Minimum Mean SquareError）两种均衡算法，并在MATLAB仿真平台对这几种算法做了性能仿真，为硬件实现提供了理论依据。在综合评估算法复杂度和可靠性后，NGB-W信道估计与均衡最终采用了LS估计，线性内插和ZF均衡的算法模型。在此基础上，对信道估计均衡设计了系统架构，划分了各个功能模块，对主要模块采用了VerilogHDL语言编码，并进行了功能仿真测试，对比了定点化平台结果。最终通过综合编译后，下载到Altera公司的Stratix V SGXMA7K2F40C2的FPGA芯片上，实现了NGB-W信道估计均衡算法。系统运行稳定，吞吐率高，资源占用率合理，最高工作频率可达113MHz。
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【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TN948.3

【参考文献】