多載波濾波器組定點(diǎn)算法研究.pdf

1、近年來(lái)，移動(dòng)通信業(yè)務(wù)在全球范圍內(nèi)迅猛發(fā)展。除了語(yǔ)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(wú)所不在的各種個(gè)性化的服務(wù)。在我國(guó)即將推出3G商用系統(tǒng)之際，國(guó)內(nèi)外移動(dòng)通信領(lǐng)域的專家正在進(jìn)行B3G/4G系統(tǒng)的研究和開(kāi)發(fā)工作。本課題根據(jù)國(guó)家“十五”863計(jì)劃無(wú)線通信FuTURE計(jì)劃確定的研究目標(biāo)，東南大學(xué)移動(dòng)通信國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展了“下一代移動(dòng)通信無(wú)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(dòng)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(shí)信號(hào)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(dòng)通信系統(tǒng)傳輸技術(shù)將是開(kāi)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(dòng)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(duì)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(wú)線通信系統(tǒng)交互工作的可能性；提

4、供無(wú)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(dòng)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(zhǎng)效應(yīng)、DFT的有限字長(zhǎng)效應(yīng)、概率統(tǒng)計(jì)知識(shí)等。應(yīng)用多速率濾波器組理論，對(duì)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(jì)定點(diǎn)算法。使用Matlab編程

5、實(shí)現(xiàn)快速算法，分別對(duì)合成濾波器組和分析濾波器組設(shè)計(jì)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(dòng)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(duì)四大模塊的每一級(jí)都進(jìn)行了定點(diǎn)仿真研究；在相同的輸入數(shù)據(jù)下，對(duì)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(duì)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(yǔ)言編程

6、實(shí)現(xiàn)快速定點(diǎn)算法，同樣對(duì)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(jì)要求。 在設(shè)定系統(tǒng)輸入為高斯分布條件下，對(duì)所有模塊的輸出都進(jìn)行了大量的仿真統(tǒng)計(jì)研究，統(tǒng)計(jì)了它們的概率分布特性，統(tǒng)計(jì)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(cè)試和參照數(shù)據(jù)。通過(guò)參與對(duì)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(gè)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(dòng)臺(tái)與基站之間的時(shí)鐘頻率偏差和多普勒頻移對(duì)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(gè)子載波之間的交迭點(diǎn)在-15dB，付出的代價(jià)是低