超高速WLAN物理层传输模块研究与硬件实现

发布时间：2017-04-01 17:18

  本文关键词：超高速WLAN物理层传输模块研究与硬件实现，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：当今社会无线局域网(WLAN)已成为智能终端的标准配置之一,人们对WLAN的通信质量和传输速率有着更高的要求。随着新一代甚高吞吐率IEEE 802.11ac标准的制定与发展,市场对802.11ac设备的需求急剧增加,因此从实现角度对超高速WLAN系统及其传输模块的研究具有重要的应用价值和实际意义。本文主要基于IEEE 802.11ac标准,从硬件实现角度对超高速WLAN的物理层关键传输模块进行研究和设计,并在NI-PXI平台上实现了4x4天线、40MHz传输带宽的WLAN系统的发射机。主要工作如下：研究了具有高吞吐率性能的IEEE 802.11ac的物理层技术。具体介绍了802.11ac的物理层帧结构,并以40MHz信道带宽为例讨论了802.11ac中高传输带宽时的子载波设计、帧结构等物理层特性,在此基础上介绍了802.1]ac中的物理层发射和接收的传输流程,为硬件设计实现提供标准支持。针对802.11ac物理层传输过程中的LDPC编码模块,介绍了直接线性编码、基于高斯消去的编码和近似下三角矩阵编码等几种常用的LDPC编码算法,并结合802.11ac中奇偶校验矩阵的特殊结构,对近似下三角矩阵编码方法进行简化,设计了降低计算复杂度的编码方案。同时基于该简化方案,采用双反馈移位寄存器结构作为核心,在NI-PXI平台上实现了高编码吞吐率和低硬件资源消耗的LDPC编码模块,并通过仿真测试验证其正确性。针对超高速WLAN系统传输过程中的预编码模块,研究了两种适用于硬件实现的SVD预编码算法：双边雅可比算法和基于厄米特矩阵特征值分解的算法,并在此基础上提出一种新的基于最小行和迭代的特征值分解的改进算法,以减少分解所需迭代次数,降低计算复杂度。同时基于NI-PXI平台对4×4 SVD预编码模块进行了硬件设计与实现,并从算法软件仿真和模块硬件测试两方而进行了验证和分析。介绍了NI-PXI平台,并基于802.11ac标准,在NI-PXI平台设计了4x4天线、40MHz传输带宽的WLAN系统发射机,分析了系统架构和数据通信流程,在FPGA中具体实现了发射机的各个模块,包括前导码生成、信道编码、流解析、星座映射、插入导频、IFFT、加CP和CSD等模块,最后通过接收星座图测试和视频流传输演示对系统进行测试与验证。
【关键词】：IEEE 802.11ac LDPC编码 SVD预编码 发射机 硬件实现
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN925.93
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-14
• 缩略语与数学符号14-16
• 第一章 绪论16-26
• 1.1 研究背景16-18
• 1.1.1 无线局域网16-17
• 1.1.2 超高速WLAN标准——IEEE 802.11 ac概述17-18
• 1.2 无线局域网关键传输技术概述18-22
• 1.2.1 MIMO-OFDM技术18-21
• 1.2.1.1 正交频分复用(OFDM)技术18-19
• 1.2.1.2 多输入多输出(MIMO)技术19-20
• 1.2.1.3 MIMO-OFDM系统20-21
• 1.2.2 LDPC编码技术21-22
• 1.2.3 MIMO预编码技术22
• 1.3 硬件设计平台介绍22-23
• 1.4 论文研究工作及内容安排23-26
• 第二章 高吞吐率IEEE 802.11ac物理层技术26-52
• 2.1 802.11ac物理层特性与高吞吐率26-27
• 2.2 802.11ac物理层帧结构27-38
• 2.2.1 前导码的非VHT部分29-32
• 2.2.1.1 循环移位29
• 2.2.1.2 L-STF、L-LTF和L-SIG29-32
• 2.2.2 前导码的VHT部分32-37
• 2.2.2.1 VHT-SIG-A32-34
• 2.2.2.2 VHT-STF34-35
• 2.2.2.3 VHT-LTF35-36
• 2.2.2.4 VHT-SIG-B36-37
• 2.2.3 数据字段37-38
• 2.3 40MHz信道带宽38-43
• 2.3.1 40MHz信道设计38-39
• 2.3.2 40MHz子载波设计39-40
• 2.3.3 40 MHz物理层帧结构40-43
• 2.4 802.11ac物理层传输流程43-50
• 2.4.1 802.11ac发射过程43-49
• 2.4.1.1 扰码43-44
• 2.4.1.2 信道编码44-45
• 2.4.1.3 流解析45-46
• 2.4.1.4 BCC交织46-47
• 2.4.1.5 星座映射47-48
• 2.4.1.6 导频子载波插入48
• 2.4.1.7 STBC、CSD与空间扩展技术48-49
• 2.4.2 802.11ac接收过程49-50
• 2.5 本章小结50-52
• 第三章 LDPC编码模块设计与硬件实现52-70
• 3.1 LDPC编码算法52-55
• 3.1.1 直接线性编码方法52-53
• 3.1.2 基于高斯消去的编码算法53
• 3.1.3 近似下三角矩阵编码算法53-55
• 3.2 基于802.11ac的LDPC编码简化方案设计55-58
• 3.2.1 奇偶校验矩阵构建55-56
• 3.2.2 基于近似下三角矩阵的编码简化方案56-58
• 3.3 LDPC编码模块硬件实现58-64
• 3.3.1 总体结构设计59-60
• 3.3.2 校验矩阵存储模块60-61
• 3.3.3 矩阵矢量乘法模块61-63
• 3.3.4 异或操作模块63
• 3.3.5 码字输出模块63-64
• 3.4 资源分析与仿真测试64-69
• 3.4.1 模块延时分析与资源评估64-65
• 3.4.2 仿真与测试65-69
• 3.5 本章小结69-70
• 第四章 SVD预编码模块设计与硬件实现70-88
• 4.1 SVD预编码算法设计70-79
• 4.1.1 双边雅可比(Jacobi)算法71-74
• 4.1.1.1 2×2矩阵的双边雅可比SVD算法71-73
• 4.1.1.2 4×4矩阵的双边雅可比SVD算法73-74
• 4.1.2 基于Hermitian矩阵特征值分解的算法74-77
• 4.1.3 基于最小行和迭代的特征值分解SVD算法77-79
• 4.1.3.1 迭代标准确定77-78
• 4.1.3.2 基于最小行和迭代的特征值分解SVD算法设计78-79
• 4.2 SVD预编码模块硬件实现79-83
• 4.2.1 4×4SVD模块总体结构79-81
• 4.2.2 迭代判决模块实现81-82
• 4.2.3 CORDIC模块实现82-83
• 4.3 SVD预编码模块仿真与测试83-86
• 4.3.1 算法仿真结果分析83-85
• 4.3.2 硬件模块测试结果85-86
• 4.4 本章小结86-88
• 第五章 基于NI-PXI的超高速WLAN发射机系统实现88-106
• 5.1 NI-PXI硬件开发平台88-90
• 5.2 系统总体设计90-94
• 5.2.1 系统总体架构91-92
• 5.2.2 数据通信流程92-94
• 5.3 发射端模块实现94-101
• 5.3.1 前导码生成模块94-96
• 5.3.2 信道编码与流解析模块96-97
• 5.3.3 星座映射模块97-98
• 5.3.4 插入导频与40MHz处理98-99
• 5.3.5 IFFT、加CP与CSD99-101
• 5.4 系统测试与验证101-104
• 5.4.1 测试与验证环境101-102
• 5.4.2 验证过程与结果分析102-104
• 5.5 本章小结104-106
• 第六章 总结与展望106-108
• 6.1 本文工作总结106
• 6.2 后续研究方向106-108
• 参考文献108-112
• 致谢112-114
• 硕士期间论文发表、专利申请和参研项目114
• 论文发表114
• 专利申请114
• 参研项目114

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前8条

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本文编号：281016