车载OFDM通信系统中信道估计技术的研究与FPGA实现

发布时间：2017-09-27 22:16

  本文关键词：车载OFDM通信系统中信道估计技术的研究与FPGA实现

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【摘要】：车载通信网络通过直接建立车辆与车辆之间、车辆与路边基础设施的无线通信连接,能够大幅度提高交通效率、降低驾驶者和路人的生命财产损失,在智能交通领域有着广阔的应用前景,因而备受关注。车载通信系统的物理层采用正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)调制技术。相比于相对平稳的室内环境,车载信道中存在较大的多普勒扩展和时延扩展,使得OFDM信号的幅度和相位在传输过程中出现严重失真。如何进行有效的信道估计成为保证可靠车载通信的关键。本文针对车载环境下OFDM通信系统中的信道估计技术及FPGA实现展开研究,主要工作分为以下三个方面:(1)在分析车载通信系统物理层具体实现过程和车载信道特性的基础上,利用simulink搭建了一个完整的OFDM基带系统仿真平台,并在没有信道影响的情况下,测得系统误比特率为零,验证了仿真平台的正确性;(2)从导频分布情况和车载信道时变特性两个方面分析了传统信道估计算法应用到车载环境下的局限性。在分析现有改进判决反馈信道估计方法的基础上,针对具有较大多普勒扩展和时延扩展的车载通信环境,利用后训练序列信道响应本身携带的信道变化信息,提出了一种结合后训练序列的判决反馈信道估计方法,即:联合前一个OFDM符号判决反馈、滤波所获得的信道响应估计值和后训练序列处的最小二乘(Least Squares,LS)信道估计值来更新当前OFDM符号的信道响应。仿真结果表明,与目前取得较好性能的其他改进判决反馈信道估计方法相比,所提方法在不同车载环境下、采用不同调制方式和负载长度时,均能获得更优的误包率性能。(3)针对本文所提改进信道估计方法提出一种FPGA硬件实现方案。在相同数据输入源的情况下,FPGA设计中解调模块的功能仿真输出结果与simulink仿真模型中解调输出结果一致,表明了FPGA设计的功能正确性与所提信道估计方法的实际可行性。
【关键词】：车载通信 OFDM 信道估计 simulink仿真 FPGA实现
【学位授予单位】：南华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U495;TN929.53
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-17
• 1.1 课题研究背景和意义11-12
• 1.2 信道估计算法研究现状12-14
• 1.3 论文组织结构14-17
• 第2章 车载OFDM通信系统17-32
• 2.1 OFDM技术17-20
• 2.1.1 OFDM基本原理17-18
• 2.1.2 OFDM调制解调的实现18-19
• 2.1.3 保护间隔与循环前缀19-20
• 2.2 车载OFDM系统20-26
• 2.2.1 帧结构21-23
• 2.2.2 系统模型23-26
• 2.3 车载信道26-30
• 2.3.1 无线信道特性26-28
• 2.3.2 车载信道特点及模型28-30
• 2.4 本章小结30-32
• 第3章 车载OFDM基带系统simulink仿真模型的搭建32-53
• 3.1 OFDM基带系统整体仿真模型32-33
• 3.2 发射端建模33-42
• 3.2.1 数据源产生33-34
• 3.2.2 扰码34-35
• 3.2.3 卷积编码和打孔35-36
• 3.2.4 交织36-37
• 3.2.5 符号映射37-38
• 3.2.6 导频产生和插入38-41
• 3.2.7 OFDM调制41
• 3.2.8 循环前缀插入和加窗41-42
• 3.3 信道建模42-43
• 3.4 接收端建模43-51
• 3.4.1 同步43-48
• 3.4.2 信道估计和信道均衡48-49
• 3.4.3 剩余相位跟踪49-50
• 3.4.4 误比特率和误包率计算模块50-51
• 3.5 本章小结51-53
• 第4章 车载OFDM系统中信道估计技术的研究53-72
• 4.1 传统信道估计技术53-59
• 4.1.1 基于训练序列的信道估计方法53-56
• 4.1.2 基于导频内插的信道估计方法56-57
• 4.1.3 传统信道估计算法的局限性57-59
• 4.2 车载环境下的信道估计技术59-64
• 4.2.1 STA信道估计方法60-61
• 4.2.2 CDP信道估计方法61-62
• 4.2.3 结合平滑滤波的判决反馈信道估计方法62-64
• 4.3 改进的信道估计方法64-71
• 4.3.1 结合后训练序列的判决反馈信道估计新方法描述64-67
• 4.3.2 时延分析67
• 4.3.3 simulink仿真与性能分析67-71
• 4.4 本章小结71-72
• 第5章 改进信道估计方法的FPGA设计与实现72-97
• 5.1 FPGA简介72
• 5.2 改进信道估计方法的硬件实现72-95
• 5.2.1 信道估计硬件实现方案设计73-74
• 5.2.2 时钟生成模块74-75
• 5.2.3 数据源产生75-76
• 5.2.4 训练序列与数据分离76-77
• 5.2.5 前导训练序列的ave-LS信道估计77-79
• 5.2.6 滤波与Pre OFDM信道估计值缓存79-84
• 5.2.7 后训练序列信道估计与缓存84-85
• 5.2.8 数据OFDM符号缓存与导频点信道估计和存储85-86
• 5.2.9 读取控制86
• 5.2.10 系数加权更新86-88
• 5.2.11 判决反馈信道估计88-94
• 5.2.12 整体实现RTL试图与测试94-95
• 5.3 本章小结95-97
• 第6章 总结与展望97-99
• 6.1 本文总结97
• 6.2 未来展望97-99
• 参考文献99-105
• 作者攻读硕士学位期间发表的论文105-106
• 致谢106

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1 蒋笑冰;;多小区信道估计技术的研究[J];铁路计算机应用;2010年07期

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本文编号：932203