60GHz单载波通信系统中低复杂度频域均衡技术研究与实现

发布时间：2017-08-18 16:11

  本文关键词：60GHz单载波通信系统中低复杂度频域均衡技术研究与实现

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【摘要】：随着无线通信技术的发展,人们对更高传输速率的需求日益增加--例如尝试利用无线的方式来传输高清视频流。在这些需求的驱动下,高速率的短距离通信系统成为下一代无线通信的一个重要发展方向。由于工作频段本身所具有的传播特性,60GHz通信系统非常适合短距离通信,其工作的60GHz频段具有5-7GHz免许可的频谱资源,能够实现高达数Gbps的传输速率,而半导体工艺的发展使得60GHz通信系统可以实现高度的集成化。因此,60GHz无线通信被认为是下一代无线通信中最具潜力的技术之一。60GHz无线通信同一般的低频段通信一样,在信号传输过程中,不可避免的会受到传输环境的影响,造成多径效应,在接收端引入码间串扰(Inter-Symbol Interference,ISI),为了尽可能的减小码间串扰,接收端必须对接收到的数据进行一定的处理,均衡技术就是接收端克服ISI的关键技术。本文针对60GHz通信系统的特点,主要研究适用于60GHz单载波频域均衡通信系统(Single-Carrier with Frequency Domain Equalization,SC-FDE)的低复杂度均衡技术,并对均衡算法进行FPGA的设计与实现。主要的研究工作如下:1.研究适用于60GHz通信的频域均衡技术。首先,研究了在考虑循环前缀(Cyclic Prefix,CP)情况下的块频域均衡,该方法可以得到很好的均衡效果;同时为了解决采样定时偏差问题(Sampling Time Offset,STO),研究适用于60GHz高速率通信的解决方法,由于分数间隔均衡器(Fractionally Spaced Equalizer,FSE)对采样偏差不敏感,因此,可以很好的解决采样定时偏差问题。将分数间隔均衡器和频域均衡器结合在一起,既可以降低计算复杂度,又可以解决采样定时偏差的问题。2.为了进一步降低频域均衡的复杂度,研究不考虑CP的频域均衡技术,本文研究了一种降低CP计算开销的方法,即重叠保留法(overlap-save),该方法可以不考虑CP所起到的将线性卷积转换成循环卷积的作用,对接收数据进行切块,进而以更小的块进行均衡,从而降低FFT(Fast Fourier Transform,FFT)的点数,降低均衡的复杂度。3.为了研究不同均衡器的效果,本文研究了最小均方误差(Minimum Mean Square Error,MMSE)算法,最小均衡误差均衡器在采取重叠保留法时,可以得到很好的均衡效果,但该均衡器需要已知的信道信息。因此,本文研究了最小均方(Least Mean Square,LMS)算法,该自适应均衡器利用训练序列进行学习,在信道信息未知的情况下得到满足条件的均衡系数,并得到满意的均衡效果。
【关键词】：60GHz通信系统 频域均衡 最小均方误差算法 重叠保留法 最小均方算法
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN928
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-19
• 第一章 绪论19-24
• 1.1 研究的背景和价值19
• 1.2 60GHz毫米波在国内外的发展19-21
• 1.3 单载波系统及频域均衡概述21-22
• 1.4 本文主要工作及贡献22-23
• 1.5 本论文的结构安排23-24
• 第二章 60GHz毫米波无线通信系统及均衡技术概述24-38
• 2.1 60GHz毫米波通信特性24-27
• 2.1.1 频谱划分24
• 2.1.2 极好的方向性24
• 2.1.3 60GHz信道传输特性24-27
• 2.2 IEEE 802.11ad物理层帧结构27-28
• 2.2.1 60GHz通信标准27
• 2.2.2 IEEE 802.11ad物理层帧结构27-28
• 2.3 采样定时偏差28-29
• 2.4 SC-FDE系统的基本原理29-30
• 2.5 频域均衡30-37
• 2.5.1 频域均衡的原理30
• 2.5.2 频域均衡计算量分析30-32
• 2.5.3 符号间隔频域均衡32-33
• 2.5.4 分数间隔频域均衡33-37
• 2.5.4.1 多速率模型35
• 2.5.4.2 多信道模型35-37
• 2.6 本章小结37-38
• 第三章 基于SC-FDE的 60GHz系统频域块MMSE均衡算法研究38-63
• 3.1 频域均衡算法38-42
• 3.1.1 迫零算法38-39
• 3.1.2 MMSE算法39
• 3.1.3 带CP的线性卷积39-42
• 3.2 带CP的频域块MMSE均衡42-50
• 3.2.1 符号间隔频域块MMSE均衡42-44
• 3.2.1.1 仿真参数与结果43-44
• 3.2.2 T/2 间隔频域块MMSE均衡44-50
• 3.2.2.1 频域抽取44-47
• 3.2.2.2 T/2 间隔频域块MMSE均衡仿真参数与结果47-49
• 3.2.2.3 T/2 间隔频域块MMSE低频抽取均衡仿真参数与结果49-50
• 3.3 overlap-save MMSE频域块均衡处理50-62
• 3.3.1 overlap-save频域均衡50-57
• 3.3.1.1 overlap-save频域均衡过程中内插部分的分析54-57
• 3.3.2 T/2 间隔频域块MMSE均衡57-62
• 3.3.2.1 T/2 间隔overlap-save低频抽取均衡57-61
• 3.3.2.2 T/2 间隔块频域均衡和overlap-save频域均衡复杂度对比61-62
• 3.4 本章小结62-63
• 第四章 基于SC-FDE的 60GHz系统频域块LMS均衡算法研究63-80
• 4.1 频域块LMS均衡算法63-70
• 4.1.1 频域LMS均衡算法63-64
• 4.1.2 频域块LMS均衡算法的原理64-68
• 4.1.3 频域块LMS计算复杂度分析68-70
• 4.2 T/2 间隔频域块LMS均衡70-79
• 4.2.1 T/2 间隔多速率频域块LMS均衡70-75
• 4.2.1.1 T/2 间隔多速率频域块LMS均衡处理框图70-72
• 4.2.1.2 T/2 间隔多速率频域块LMS均衡仿真参数及结果72-75
• 4.2.2 T/2 间隔多信道频域块LMS均衡75-79
• 4.2.2.1 T/2 间隔多信道频域块LMS均衡处理框图75-77
• 4.2.2.2 T/2 间隔多信道频域块LMS均衡仿真参数及结果77-79
• 4.3 本章小结79-80
• 第五章 MMSE频域均衡的硬件实现80-90
• 5.1 60GHz系统基带总体设计80
• 5.2 FPGA的设计与实现80-81
• 5.2.1 FPGA的设计思想80-81
• 5.2.2 FPGA芯片选型81
• 5.3 T/2 间隔overlap-save MMSE并行频域均衡模块设计81-89
• 5.3.1 APRX并行频域均衡架构82
• 5.3.2 T/2 间隔overlap-save MMSE均衡设计82-89
• 5.4 本章小结89-90
• 第六章 总结及展望90-92
• 致谢92-93
• 参考文献93-98
• 攻读硕士学位期间参加的科研项目及取得的研究成果98-99

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本文编号：695484