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基于循环前缀的非数据辅助估计算法研究与FPGA实现

发布时间:2019-05-21 14:29 来源:未知 编辑:admin

  提出了一种基于循环前缀的符号同步算法。此算法在最大似然估计的基础上加以改进,简化了符号同步中相关运算的判决方法,在保持同步效率的同时,极大地节约了硬件资源,使算法更易于硬件实现。改进算法基于IEEE 802.11a的标准提出,通过

  ofdm(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)即正交频分复用技术,实际上是多载波调制的一种。其主要思想是:将信道分成若干正交子信道,将高速数据信号转换成并行的低速子数据流,调制到在每个子信道上进行传输。 信号在无线信道中传输时,会受到多径衰落、时延扩展、多普勒频移等现象的影响,破坏子载波的正交性。系统接收端会因定时不准确导致fft处理窗包含连续两个OFDM信号,引入数据误差造成符号间干扰(ISI)。因此,符号同步显得尤为重要。同步的定时和频偏估计算法通常分为两类:第一类为数据辅助估计[1],即基于导频或训练序列的同步算法,第二类是非数据辅助估计[2-3],即利用数据自身的冗余性进行同步计算。本文提出了一种基于循环前缀的非数据辅助估计算法。1系统模型1.1 IEEE802.11a的基带系统模型IEEE802.11a基带系统收发机各功能模块如图1所示,其中上半部分对应于发射机链路,下半部分对应于接收机链路。系统可采用BPSK、QPSK、16QAM和64 QAM四种调制类型以及1/2 、2/3和3/4三种编码速率分别来支持6 Mb/s~54 Mb/s的数据速率。一个OFDM符号中包含48个映射后的复数数据,4个导频信息以及12个零点,因此该系统采用64点IFFT和FFT运算,为了克服符号间干扰,在每个OFDM符号前加入16点的保护前缀[4]。

  1.2 OFDM符号结构 在OFDM中,基带带宽由N个子载波占用,符号速率为单载波传输模式的1/N,正是因为这种低符号速率,可以使OFDM系统抵抗多径信道导致的ISI。另外,通过在每个OFDM符号前加入保护前缀可以进一步抵抗符号间干扰,即将每个OFDM符号后时间中的样点复制到OFDM符号的前面,形成前缀,在增加符号长度的同时,也维持了子载波的正交性。OFDM符号结构如图2所示。

  2 符号定时同步2.1 OFDM信号和信道模型 在OFDM系统中,传输的N个复数信号经过串并转换和IFFT后,被调制到N路子载波上,其中每个OFDM符号后的L个样值被复制到符号前作为循环前缀,基带信号s(n)表示如下[4]:

  再从均方误差(MSE)的角度比较两种算法,结果如图4所示。从图中可以看出,两者曲线的走势相近。从同步性能来看,两者不相上下,但由于所提出算法的硬件实现成本比最大似然估计算法低很多,因此所提出算法相对较好。

  4 FPGA实现 本设计采用Xilinx公司Virtex 2p系列器件实现各模块构建。改进算法在ISE10.1开发软件下编译通过,并在Modelsim环境下仿真,最后运用ChipScope进行在线逻辑分析并得出结果。 符号同步系统框图如图5所示,信号先经过64个时钟的延时,再与当前的数据相减并取模。硬件上充分利用FPGA中资源,构成32个并行减法器(实部虚部各16个),然后32组数据取模后相加,再依次调用FPGA中除法器以及乘法器的IP核进行求倒和平方运算,最后设定判决门限对同步点进行判决。

  本设计用FPGA模拟了无线所示;观测改进算法的同步定时估计值如图7所示。两图均用ChipScope进行在线中可以看出,估计值出现的尖锐的峰值处就是同步的定位点。可通过设定合理的判决门限,使得OFDM符号同步达到较高的准确率。由生成报表可知,该设计使用触发器个数为2 379,占总资源的8%;LUT的个数为1 473,占总资源的5%。综上可知,实验结果正确、设计可行。

  OFDM技术预计将成为3 G以后主流的移动通信技术。本文主要针对OFDM系统符号定时,提出了一种非数据辅助型的同步估计算法,利用循环前缀的冗余性,对数据样值的末端和循环前缀进行相关运算来纠正符号同步误差。文中推导了改进的相关算法,并和最大似然估计相比较,进行Matlab仿真验证并且在硬件上用FPGA成功实现。

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  TMP411设备是一个带有内置本地温度传感器的远程温度传感器监视器。远程温度传感器,二极管连接的晶体管通常是低成本,NPN或PNP型晶体管或二极管,是微控制器,微处理器或FPGA的组成部分。 远程精度为1 C适用于多个设备制造商,无需校准。双线串行接口接受SMBus写字节,读字节,发送字节和接收字节命令,以设置报警阈值和读取温度数据。 TMP411器件中包含的功能包括:串联电阻取消,可编程非理想因子,可编程分辨率,可编程阈值限制,用户定义的偏移寄存器,用于最大精度,最小和最大温度监视器,宽远程温度测量范围(高达150C),二极管故障检测和温度警报功能。 TMP411器件采用VSSOP-8和SOIC-8封装。 特性 1C远程二极管传感器 1C本地温度传感器 可编程非理想因素 串联电阻取消 警报功能 系统校准的偏移寄存器 与ADT7461和ADM1032兼容的引脚和寄存器 可编程分辨率:9至12位 可编程阈值限...

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