正交空时分组码的FPGA设计与实现

来源 :大连海事大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liongliong555
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随着无线移动通信技术的飞速发展,单一的语音与文字通信业务已经无法满足人们的需求了,这就需要通信系统具有更高的传输速率、信道容量以及可靠性。然而,由信息论可以知道这与信道的频谱利用率是相互矛盾的。此外,由于受到无线信道的多径传播等因素的干扰,也会使得通信系统性能难以满足要求。多输入多输出(Multiple Input Multiple Output, MIMO)系统作为能有效提高系统频谱利用率和抗多径衰落性能的一种有效途径,得到了广泛深入地研究。MIMO是一种用来描述多天线无线通信系统的抽象数学模型,能利用发射端的多个天线各自独立发送信号,同时在接收端用多个天线接收并恢复原信息。空时分组码(Space Time Block Code, STBC)由于构造容易,译码简单,并且具有一定的抗衰落性能,已经写入到第三代蜂窝移动通信的标准中并且成为第四代移动通信标准框架中不可或缺的一部分。与此同时,由于无线信道环境的时变特性,使得不同时刻的传播信道不会完全相同,这给通信系统的测试带来了不确定性。因此设计实验室环境下的信道模拟器就显得尤为重要。本文针对MIMO系统的空时分组码技术以及无线信道的硬件实现进行了研究。首先,论文对无线衰落信道的特点及分类进行了阐述,分析了多路独立同分布的平坦瑞利衰落信道建模方法。基于Jakes模型,提出了利用现场可编程逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array, FPGA)实现信道模拟器的方案,给出了实验仿真结果。其次,对空时分组码的原理、编译码技术和性能进行了分析,设计了基于FPGA的STBC硬件实现方案。针对STBC的q和H3两种编码方案,分别采用QPSK、8PSK和16QAM不同调制方式,详细推导了基于FPGA实现的编译码算法。并且,对译码算法进行了优化设计,进而减小了译码的复杂度。最后,通过将FPGA实现的信道模拟器与空时分组码编译码器相结合,构成完整的等效低通通信系统。在ModelSim平台上,对系统性能进行了实验测试。此外,还针对相同条件下的系统进行了理论仿真。结果表明,基于FPGA实现的系统性能与仿真性能十分吻合,从而验证了所实现系统的有效性和准确性。
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