基于nipxi平臺(tái)ieee802.11ac物理層關(guān)鍵傳輸技術(shù)研究及硬件實(shí)現(xiàn)

1、R E S E A R C H O F K E Y T E C H N O L O G Y O FP H Y S I C A L L A Y E R O N 8 0 2 ．1 1 A C A N DH A R D W A R E 姍L E M E N T A T I O NB A S E D O N N I P X I P L A T F O I 之MA D i s s e r t a t i o n S u b m i t t e d

2、 t oS o u t h e a s t U n i v e r s i t yF o r t h e D e g r e e o f M a s t e r o f E n g i n e e r i n gB YL i n H a nS u p e r v i s e d b yP r o f e s s o r Y A N G L u x iS c h o o l o f I n f o r m a t i o n S c i

3、e n c ea n d E n g i n e e r i n gS o u t h e a s t U n i v e r s i t yN a n j i n g ，2 1 0 0 9 6 ，C h i n aM a r c h 2 0 1 4摘要摘要隨著寬帶無(wú)線通信技術(shù)和應(yīng)用的飛速發(fā)展，人們對(duì)高速無(wú)線上網(wǎng)的需求愈加旺盛。為了進(jìn)一步提高現(xiàn)有的無(wú)線局域網(wǎng)( W L A N ) 標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)傳輸速率，I E E E 標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)已經(jīng)開(kāi)始制

4、定新一代的無(wú)線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)I E E E 8 0 2 ．1l a c 。該標(biāo)準(zhǔn)不僅完全兼容現(xiàn)有傳輸速率最高的8 0 2 ．1 l n 標(biāo)準(zhǔn)，而且將理論最大傳輸速率提高到了1 G b p s 以上。8 0 2 ．1l a c 標(biāo)準(zhǔn)在物理層第一次將下行多用戶M I M O ( D L M U —M I M O ) 傳輸技術(shù)引入到W L A N 系統(tǒng)中，可以在相同帶寬下同時(shí)向多個(gè)用戶傳輸數(shù)據(jù)，同時(shí)，8 0 2 ．1 l a c 標(biāo)準(zhǔn)在5 G H

5、 z 頻段上擴(kuò)展了支持的信道帶寬，并且提高了最大調(diào)制編碼速率，這些措施極大地提高了W L A N 的傳輸速率和系統(tǒng)容量。本文基于I E E E 8 0 2 ．11 a c 物理層技術(shù)進(jìn)行了理論研究和硬件實(shí)現(xiàn)，主要工作如下：1 、以8 0 2 ．1 1 a c 物理層標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，詳細(xì)研究了甚高吞吐率物理層幀格式( V H TP P D U ) 、發(fā)射端的基帶處理流程以及空時(shí)塊編碼( S T B C ) 、空間擴(kuò)展( S E ) 、發(fā)射波束

6、成形( T x B F ) 等8 0 2 ．1 1 a c 支持的M I M O 技術(shù)。2 、由于預(yù)編碼需要通過(guò)反饋得到信道狀態(tài)信息，因此研究了8 0 2 ．1 l a c 標(biāo)準(zhǔn)中的信道反饋協(xié)議。研究了基于迫零( Z F ) 、最小均方誤差( M M S E ) 以及三種基于信道分解( S V D 、G M D 、U C D ) 的單用戶線性預(yù)編碼算法并進(jìn)行了仿真對(duì)比。接著研究了在多用戶情況下的M I M O 預(yù)編碼算法，包括Z F 、

7、M M S E 以及塊對(duì)角化( B D ) 并在8 0 2 ．1 l a c 標(biāo)準(zhǔn)信道環(huán)境下進(jìn)行了仿真對(duì)比。3 、研究了兩種經(jīng)典的適合于硬件實(shí)現(xiàn)的S V D 分解算法：基于特征值分解( E V D ) 和基于雙邊J a c o b i 旋轉(zhuǎn)及酉變換的算法。針對(duì)以上兩種算法的特點(diǎn)提出了一種改進(jìn)方案，利用三角恒等變換以及半角、倍角公式簡(jiǎn)化了V 矩陣在硬件中的計(jì)算量，達(dá)到了節(jié)省F P G A 資源的目的。給出了基于E V D 分解的2 x 2

8、 復(fù)矩陣S V D 分解的F P G A 硬件設(shè)計(jì)，并驗(yàn)證了它的正確性。4 、在N I P X I 硬件平臺(tái)上設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了基于8 0 2 ．1 l a c 的實(shí)時(shí)視頻傳輸演示系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)?；鶐幚淼乃心K均在F P G A 中完成，主要包括前導(dǎo)碼的生成、擾碼器、B C C編碼器、流解析器、交織器、星座圖映射器、插入導(dǎo)頻及虛子載波、I F F T 、加入循環(huán)前綴和循環(huán)移位以及射頻的配置等。演示系統(tǒng)采用2 x 2M I M O 、2 0 M