本文關(guān)鍵詞：超高速WLAN物理層傳輸模塊研究與硬件實現(xiàn)，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：當(dāng)今社會無線局域網(wǎng)(WLAN)已成為智能終端的標(biāo)準(zhǔn)配置之一,人們對WLAN的通信質(zhì)量和傳輸速率有著更高的要求。隨著新一代甚高吞吐率IEEE 802.11ac標(biāo)準(zhǔn)的制定與發(fā)展,市場對802.11ac設(shè)備的需求急劇增加,因此從實現(xiàn)角度對超高速WLAN系統(tǒng)及其傳輸模塊的研究具有重要的應(yīng)用價值和實際意義。本文主要基于IEEE 802.11ac標(biāo)準(zhǔn),從硬件實現(xiàn)角度對超高速WLAN的物理層關(guān)鍵傳輸模塊進(jìn)行研究和設(shè)計,并在NI-PXI平臺上實現(xiàn)了4x4天線、40MHz傳輸帶寬的WLAN系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)。主要工作如下：研究了具有高吞吐率性能的IEEE 802.11ac的物理層技術(shù)。具體介紹了802.11ac的物理層幀結(jié)構(gòu),并以40MHz信道帶寬為例討論了802.11ac中高傳輸帶寬時的子載波設(shè)計、幀結(jié)構(gòu)等物理層特性,在此基礎(chǔ)上介紹了802.1]ac中的物理層發(fā)射和接收的傳輸流程,為硬件設(shè)計實現(xiàn)提供標(biāo)準(zhǔn)支持。針對802.11ac物理層傳輸過程中的LDPC編碼模塊,介紹了直接線性編碼、基于高斯消去的編碼和近似下三角矩陣編碼等幾種常用的LDPC編碼算法,并結(jié)合802.11ac中奇偶校驗矩陣的特殊結(jié)構(gòu),對近似下三角矩陣編碼方法進(jìn)行簡化,設(shè)計了降低計算復(fù)雜度的編碼方案。同時基于該簡化方案,采用雙反饋移位寄存器結(jié)構(gòu)作為核心,在NI-PXI平臺上實現(xiàn)了高編碼吞吐率和低硬件資源消耗的LDPC編碼模塊,并通過仿真測試驗證其正確性。針對超高速WLAN系統(tǒng)傳輸過程中的預(yù)編碼模塊,研究了兩種適用于硬件實現(xiàn)的SVD預(yù)編碼算法：雙邊雅可比算法和基于厄米特矩陣特征值分解的算法,并在此基礎(chǔ)上提出一種新的基于最小行和迭代的特征值分解的改進(jìn)算法,以減少分解所需迭代次數(shù),降低計算復(fù)雜度。同時基于NI-PXI平臺對4×4 SVD預(yù)編碼模塊進(jìn)行了硬件設(shè)計與實現(xiàn),并從算法軟件仿真和模塊硬件測試兩方而進(jìn)行了驗證和分析。介紹了NI-PXI平臺,并基于802.11ac標(biāo)準(zhǔn),在NI-PXI平臺設(shè)計了4x4天線、40MHz傳輸帶寬的WLAN系統(tǒng)發(fā)射機(jī),分析了系統(tǒng)架構(gòu)和數(shù)據(jù)通信流程,在FPGA中具體實現(xiàn)了發(fā)射機(jī)的各個模塊,包括前導(dǎo)碼生成、信道編碼、流解析、星座映射、插入導(dǎo)頻、IFFT、加CP和CSD等模塊,最后通過接收星座圖測試和視頻流傳輸演示對系統(tǒng)進(jìn)行測試與驗證。
【關(guān)鍵詞】：IEEE 802.11ac LDPC編碼 SVD預(yù)編碼 發(fā)射機(jī) 硬件實現(xiàn)
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN925.93
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-14
• 縮略語與數(shù)學(xué)符號14-16
• 第一章 緒論16-26
• 1.1 研究背景16-18
• 1.1.1 無線局域網(wǎng)16-17
• 1.1.2 超高速WLAN標(biāo)準(zhǔn)——IEEE 802.11 ac概述17-18
• 1.2 無線局域網(wǎng)關(guān)鍵傳輸技術(shù)概述18-22
• 1.2.1 MIMO-OFDM技術(shù)18-21
• 1.2.1.1 正交頻分復(fù)用(OFDM)技術(shù)18-19
• 1.2.1.2 多輸入多輸出(MIMO)技術(shù)19-20
• 1.2.1.3 MIMO-OFDM系統(tǒng)20-21
• 1.2.2 LDPC編碼技術(shù)21-22
• 1.2.3 MIMO預(yù)編碼技術(shù)22
• 1.3 硬件設(shè)計平臺介紹22-23
• 1.4 論文研究工作及內(nèi)容安排23-26
• 第二章 高吞吐率IEEE 802.11ac物理層技術(shù)26-52
• 2.1 802.11ac物理層特性與高吞吐率26-27
• 2.2 802.11ac物理層幀結(jié)構(gòu)27-38
• 2.2.1 前導(dǎo)碼的非VHT部分29-32
• 2.2.1.1 循環(huán)移位29
• 2.2.1.2 L-STF、L-LTF和L-SIG29-32
• 2.2.2 前導(dǎo)碼的VHT部分32-37
• 2.2.2.1 VHT-SIG-A32-34
• 2.2.2.2 VHT-STF34-35
• 2.2.2.3 VHT-LTF35-36
• 2.2.2.4 VHT-SIG-B36-37
• 2.2.3 數(shù)據(jù)字段37-38
• 2.3 40MHz信道帶寬38-43
• 2.3.1 40MHz信道設(shè)計38-39
• 2.3.2 40MHz子載波設(shè)計39-40
• 2.3.3 40 MHz物理層幀結(jié)構(gòu)40-43
• 2.4 802.11ac物理層傳輸流程43-50
• 2.4.1 802.11ac發(fā)射過程43-49
• 2.4.1.1 擾碼43-44
• 2.4.1.2 信道編碼44-45
• 2.4.1.3 流解析45-46
• 2.4.1.4 BCC交織46-47
• 2.4.1.5 星座映射47-48
• 2.4.1.6 導(dǎo)頻子載波插入48
• 2.4.1.7 STBC、CSD與空間擴(kuò)展技術(shù)48-49
• 2.4.2 802.11ac接收過程49-50
• 2.5 本章小結(jié)50-52
• 第三章 LDPC編碼模塊設(shè)計與硬件實現(xiàn)52-70
• 3.1 LDPC編碼算法52-55
• 3.1.1 直接線性編碼方法52-53
• 3.1.2 基于高斯消去的編碼算法53
• 3.1.3 近似下三角矩陣編碼算法53-55
• 3.2 基于802.11ac的LDPC編碼簡化方案設(shè)計55-58
• 3.2.1 奇偶校驗矩陣構(gòu)建55-56
• 3.2.2 基于近似下三角矩陣的編碼簡化方案56-58
• 3.3 LDPC編碼模塊硬件實現(xiàn)58-64
• 3.3.1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計59-60
• 3.3.2 校驗矩陣存儲模塊60-61
• 3.3.3 矩陣矢量乘法模塊61-63
• 3.3.4 異或操作模塊63
• 3.3.5 碼字輸出模塊63-64
• 3.4 資源分析與仿真測試64-69
• 3.4.1 模塊延時分析與資源評估64-65
• 3.4.2 仿真與測試65-69
• 3.5 本章小結(jié)69-70
• 第四章 SVD預(yù)編碼模塊設(shè)計與硬件實現(xiàn)70-88
• 4.1 SVD預(yù)編碼算法設(shè)計70-79
• 4.1.1 雙邊雅可比(Jacobi)算法71-74
• 4.1.1.1 2×2矩陣的雙邊雅可比SVD算法71-73
• 4.1.1.2 4×4矩陣的雙邊雅可比SVD算法73-74
• 4.1.2 基于Hermitian矩陣特征值分解的算法74-77
• 4.1.3 基于最小行和迭代的特征值分解SVD算法77-79
• 4.1.3.1 迭代標(biāo)準(zhǔn)確定77-78
• 4.1.3.2 基于最小行和迭代的特征值分解SVD算法設(shè)計78-79
• 4.2 SVD預(yù)編碼模塊硬件實現(xiàn)79-83
• 4.2.1 4×4SVD模塊總體結(jié)構(gòu)79-81
• 4.2.2 迭代判決模塊實現(xiàn)81-82
• 4.2.3 CORDIC模塊實現(xiàn)82-83
• 4.3 SVD預(yù)編碼模塊仿真與測試83-86
• 4.3.1 算法仿真結(jié)果分析83-85
• 4.3.2 硬件模塊測試結(jié)果85-86
• 4.4 本章小結(jié)86-88
• 第五章 基于NI-PXI的超高速WLAN發(fā)射機(jī)系統(tǒng)實現(xiàn)88-106
• 5.1 NI-PXI硬件開發(fā)平臺88-90
• 5.2 系統(tǒng)總體設(shè)計90-94
• 5.2.1 系統(tǒng)總體架構(gòu)91-92
• 5.2.2 數(shù)據(jù)通信流程92-94
• 5.3 發(fā)射端模塊實現(xiàn)94-101
• 5.3.1 前導(dǎo)碼生成模塊94-96
• 5.3.2 信道編碼與流解析模塊96-97
• 5.3.3 星座映射模塊97-98
• 5.3.4 插入導(dǎo)頻與40MHz處理98-99
• 5.3.5 IFFT、加CP與CSD99-101
• 5.4 系統(tǒng)測試與驗證101-104
• 5.4.1 測試與驗證環(huán)境101-102
• 5.4.2 驗證過程與結(jié)果分析102-104
• 5.5 本章小結(jié)104-106
• 第六章 總結(jié)與展望106-108
• 6.1 本文工作總結(jié)106
• 6.2 后續(xù)研究方向106-108
• 參考文獻(xiàn)108-112
• 致謝112-114
• 碩士期間論文發(fā)表、專利申請和參研項目114
• 論文發(fā)表114
• 專利申請114
• 參研項目114

【參考文獻(xiàn)】

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  本文關(guān)鍵詞：超高速WLAN物理層傳輸模塊研究與硬件實現(xiàn)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：281017