论文部分内容阅读
中高速无线传感器网络能够提供大数据量阵列信息和多媒体信息的采集与处理，因此受到越来越多研究人员的关注。在中高速传感网络中，如何提高数据传输质量和系统性能一直以来都是研究重点。本文以国家重大专项课题“中高速传感器网络核心芯片研发”为背景，针对中高速OFDM系统中的频偏估计和信道均衡这两个关键技术进行了研究分析，并且研制了中高速OFDM基带芯片。主要内容和创新点如下: (1)传统的基于相位的频率估计方法难以同时满足大估计范围和低信噪比门限要求，即在频率增大时信噪比门限会同时抬高。为解决这一问题，首先在经典算法基础上提出了一种改进的频偏估计算法，主要使用一种基于粗估计和相位纠正的方法来降低大频偏下的信噪比门限。为了进一步扩大估计范围和降低信噪比门限，接着提出了一种基于自相关函数的频率估计方法，在归一化的自相关函数计算相邻共轭乘积基础上推导满足最大似然估计要求的窗函数。该方法在保证低信噪比门限的前提下，估计范围仍达到理论值的99％。同时满足了频率估计中的低信噪比门限和大估计范围两大要求。 (2)针对时变信道下经典的OFDM串行MMSE均衡方法在获得良好的抗ICI性能的同时面临计算复杂度太高的问题，提出一种基于迭代的串行MMSE均衡方法。该方法用一种简化的MMSE均衡方法获得初始判决，并用迭代方法进一步提高判决精度，很好地逼近了传统MMSE均衡中的大矩阵求逆运算，同时使用子信道增益幅度排序作为串行判决的顺序。该方法在大幅度降低计算复杂度的同时，其误码率性能和经典串行MMSE均衡方法相近。 (3)针对时变信道下OFDM的ICI主要来自邻近子载波的特性，提出一种低复杂度的时域局部迭代与频域带状化联合消ICI的方法。该方法利用了时变信道的时间分集的特性，在时域使用一种局部迭代方法来消除ICI干扰，同时在频域使用两级带状化处理方法来大幅度降低计算复杂度并减轻带状化引发的性能损失。该联合消ICI方法较好地利用了时变信道的时域分集特性与频域限带特性，使得计算复杂度降低到与子载波个数呈线性关系，而误码率性能损失较小。 (4)针对中高速传感器网络核心芯片研发课题的要求，设计和研制了中高速OFDM芯片，能够在4MHz带宽提供2Mbp到8Mbps的多种数据速率。本文第3章中的频偏估计研究成果应用到了芯片中，使得该芯片可以配合价格低廉的晶振，能较好的适应大频偏和低信噪比的应用场景。