多載波濾波器組定點(diǎn)算法研究.pdf

1、近年來，移動通信業(yè)務(wù)在全球范圍內(nèi)迅猛發(fā)展。除了語音、短信等服務(wù)外，人們還需要更多的多媒體服務(wù)，不僅有新的應(yīng)用，還需要無所不在的各種個性化的服務(wù)。在我國即將推出3G商用系統(tǒng)之際，國內(nèi)外移動通信領(lǐng)域的專家正在進(jìn)行B3G/4G系統(tǒng)的研究和開發(fā)工作。本課題根據(jù)國家“十五”863計劃無線通信FuTURE計劃確定的研究目標(biāo)，東南大學(xué)移動通信國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開展了“下一代移動通信無線傳輸鏈路技術(shù)”課題的研究。本課題主要研究廣義多載波頻分雙工混合多址(G

2、MC-FDD-xDMA)蜂窩移動通信傳輸技術(shù)。 GMC-FDD-xDMA方案以3G技術(shù)演進(jìn)為出發(fā)點(diǎn)，充分考慮新一代蜂窩通信系統(tǒng)的后向兼容性；以基于多天線環(huán)境的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為構(gòu)架；以基于分塊傳輸?shù)穆?lián)合空時信號處理和新型Turbo接收機(jī)技術(shù)為提高系統(tǒng)性能的主要手段；以高效的多相分解濾波器組實(shí)現(xiàn)方式為降低系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜性的主要方法；并充分借鑒了OFDM系統(tǒng)易于FFT。實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)。這種新一代移動通信系統(tǒng)傳輸技術(shù)將是開放式的，能夠靈活地吸收其它

3、技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，具有高頻譜利用率、低發(fā)射功率和支持大動態(tài)范圍分組數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪芰?，其總體目標(biāo)是：支持峰值速率為20 Mbps～100 Mbps的高速IP(Intemet Protocol)分組傳輸，在車載環(huán)境中峰值速率不低于20 Mbps；支持8 kbps～20 Mbps速率變化、不同QoS(Quality ofService)和非對稱的多媒體業(yè)務(wù)；系統(tǒng)容量達(dá)到3G系統(tǒng)的3～5倍；提供與3G系統(tǒng)反向兼容性和與其它無線通信系統(tǒng)交互工作的可能性；提

4、供無線資源優(yōu)化配置的靈活性；具備不同業(yè)務(wù)需求的用戶其移動手持終端所需成本的合理性。 本人參與了該課題研究工作，承擔(dān)了廣義多載波(GMC)濾波器組的定點(diǎn)算法研究工作。 掌握定點(diǎn)算法研究的理論基礎(chǔ)，包括數(shù)字濾波器理論、FIR濾波器的有限字長效應(yīng)、DFT的有限字長效應(yīng)、概率統(tǒng)計知識等。應(yīng)用多速率濾波器組理論，對廣義多載波濾波器組的快速實(shí)現(xiàn)算法進(jìn)行了浮點(diǎn)仿真研究，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)FPGA實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計定點(diǎn)算法。使用Matlab編程

5、實(shí)現(xiàn)快速算法，分別對合成濾波器組和分析濾波器組設(shè)計了四大模塊：合成濾波器組的子載波調(diào)制和前移頻模塊、IDFT和后移頻模塊、循環(huán)擴(kuò)展和點(diǎn)乘模塊、累加移位輸出模塊，分析濾波器組的滑動模塊、求和和點(diǎn)乘模塊、DFT和前移頻模塊、子載波解調(diào)和后移頻模塊。對四大模塊的每一級都進(jìn)行了定點(diǎn)仿真研究；在相同的輸入數(shù)據(jù)下，對matlab程序各模塊的輸出數(shù)據(jù)和浮點(diǎn)數(shù)據(jù)都進(jìn)行了詳細(xì)的對比，確保了Matlab快速實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)算法程序的正確性，在此基礎(chǔ)上使用C語言編程

6、實(shí)現(xiàn)快速定點(diǎn)算法，同樣對四大模塊進(jìn)行了定點(diǎn)仿真研究，將定點(diǎn)仿真的結(jié)果與浮點(diǎn)仿真的結(jié)果作比較，確保了定點(diǎn)仿真的性能符合廣義多載波濾波器組的設(shè)計要求。 在設(shè)定系統(tǒng)輸入為高斯分布條件下，對所有模塊的輸出都進(jìn)行了大量的仿真統(tǒng)計研究，統(tǒng)計了它們的概率分布特性，統(tǒng)計結(jié)果表明，各模塊的輸出都為高斯分布，為各模塊的定標(biāo)提供了參考依據(jù)。 應(yīng)用定點(diǎn)算法模塊，為實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的鏈路聯(lián)調(diào)提供了可靠的測試和參照數(shù)據(jù)。通過參與對廣義多載波濾波器組的FPG

7、A實(shí)現(xiàn)作ModelSim仿真，在硬件板上FPGA實(shí)現(xiàn)進(jìn)行調(diào)試，將Matlab程序每個模塊生成的結(jié)果都輸入到硬件板上，然后將硬件板上的輸出數(shù)據(jù)與相應(yīng)的Matlab仿真結(jié)果作仔細(xì)的比較，加速了FPGA實(shí)現(xiàn)的故障定位和排除，并且優(yōu)化了各模塊FPGA實(shí)現(xiàn)的定標(biāo)方式。 為了克服移動臺與基站之間的時鐘頻率偏差和多普勒頻移對多載波各子帶間的正交性的影響，本課題的廣義多載波濾波器組采用冗余技術(shù)，每個子載波之間的交迭點(diǎn)在-15dB，付出的代價是低