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802.11ad系统均衡解调技术研究

802.11ad系统均衡解调技术研究

作者：董晓迁北京邮电大学

学位级别：硕士

IEEE 802.11 ad通信标准的出台,为室内高速数据传输提供了另一条出路。解决了传统2.4GHz和5GHz无线传输带宽小,速率不高的问题,可以在带宽为7GHz的60GHz频谱段实现Gbps的数据传输速率。在高速通信之下,码间干扰对数字通信质量的影响愈... 详细信息

IEEE 802.11 ad通信标准的出台,为室内高速数据传输提供了另一条出路。解决了传统2.4GHz和5GHz无线传输带宽小,速率不高的问题,可以在带宽为7GHz的60GHz频谱段实现Gbps的数据传输速率。在高速通信之下,码间干扰对数字通信质量的影响愈发明显,因此本文旨在结合60GHz室内通信信道的特点,研究802.11ad通信系统的均衡解调技术,为实际应用提供有效的理论参考。信道均衡技术是通信系统接收解调技术极为重要的组成部分,用于抵御无线信道因多径效应引起的严重衰落。本文针对802.11ad协议支持的单载波和OFDM物理层类型,结合帧格式特点设计了频域均衡系统,对各类均衡算法进行了研究和性能分析。本文在分析已有算法的基础上,提出了多种改进算法,实现了性能的提升。其中,论文的主要贡献和创新包括:单载波和OFDM系统的线性频域均衡性能研究。本文对单载波频域均衡系统和OFDM系统的原理进行了研究,对比探究了迫零(Zero-Forcing, ZF)均衡和最小均方误差准则(MMSE)在单载波频域均衡系统和OFDM系统中的性能表现。针对单载波的硬判决迭代块判决反馈(Hard Decision-Iterative Block Decision Feedback Equalizer, HD-IBDFE)频域均衡算法,本文对相关参数进行了多种优化设计,还利用了单载波帧格式中的保护间隔(GI)进一步增加了抽头系数的精确性,相比于原始算法有了0.5dB～1.5dB的性能提升,还分析了这种算法不能适用于非等功率调制方式的原因。另外,本文研究了一种简化的fIBDFE算法,在维持性能增益几乎不变的前提下,减少了均衡计算量。在此基础上提出了两种改进算法改善了原先算法不能适用于16QAM的缺陷。本文结合802.11ad单载波帧格式的特点,设计了一种信道估计和自适应跟踪相结合的频域自适应均衡系统。利用前导码中的训练序列,采用相关法得出信道冲激响应,计算均衡系数,大大减少了自适应算法的收敛时间。本文利用每一块数据段之间的保护间隔(GI)来进行LMS自适应跟踪,当选取合适的迭代步长,并且经过一定次数的迭代后,自适应跟踪算法能够达到理想信道估计的线性均衡算法的性能。本文结合已有的60GHz室内信道建模研究成果,提出了帧内时变信道建模方案。由于802.11ad标准信道建模方法的动态性体现在每一帧之间,即假设一帧内信道是静态不变的。但是,根据802.l1ad协议,一个物理帧的传输时长可达到几毫秒以上,信道建模也应当考虑帧内时变。因此,本文结合人员遮挡对信道的影响作用,提出了一种帧内时变的信道建模方案,对标准信道建模方案进行了合理补充。

关键词：频域均衡判决反馈自适应 802.11ad

60GHz下基于射线追踪模型与802.11ad模型的性能对比研究与分析

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60GHz下基于射线追踪模型与802.11ad模型的性能对比研究与分析

作者：李冬博北京邮电大学

学位级别：硕士

如今毫米波通信和大规模MIMO、3D MIMO等技术已成为目前移动通信领域的研究热点。在这样的应用场景下,小区的覆盖范围较小,甚至集中于室内环境,对无线信号的传播预测要求更为精细。因此室内毫米波MIMO信道模型的研究又重新成为了研究的... 详细信息

如今毫米波通信和大规模MIMO、3D MIMO等技术已成为目前移动通信领域的研究热点。在这样的应用场景下,小区的覆盖范围较小,甚至集中于室内环境,对无线信号的传播预测要求更为精细。因此室内毫米波MIMO信道模型的研究又重新成为了研究的热点。目前常用的室内信号无线传播模型有两种:经验模型和确定性模型。在3D MIMO场景下受到广泛关注的802.11ad信道模型是根据信道测量得到的经验模型。而射线追踪技术则是对具体的现场环境直接应用电磁理论计算的方法,属于确定性模型的研究方法。本文主要研究了 802.11ad信道模型和射线追踪模型,对两种模型进行了设计和实现,并选择了合适的室内场景分别使用802.11ad信道模型仿真平台和射线追踪模型仿真平台进行仿真,将仿真出来的信道参数进行对比分析,以此来探究两种不同的信道建模方法的区别与联系。最后的仿真结果对比中在到达时延、时延扩展、到达角、倾角参数上的均值和方差比较相近,而角度扩展的均值和方差则相差较大。这些研究的对比结果对于802.11ad信道模型和射线追踪模型是否适用于60GHz下的3D MIMO场景也具有一定的参考价值。同时本文还对于影响信道参数结果的因素进行了探究。这些因素包括初始的设置参数以及不同的分簇算法。最后从信道参数的结果对比表明当bin点间隔距离逐渐增大时,到达时延的均值会逐渐减小。当发射射线管的数量逐渐减小时,到达时延的均值会逐渐增大。k-means分簇算法要比isodata分簇算法得到的到达时延的均值稍大一些。这些结果也对于从事60GHz下3D MIMO信道场景的射线追踪仿真的研究者在初始设置参数以及分簇算法的选择上具有一定的参考价值。

关键词： 802.11ad 信道模型射线追踪 60GHz

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LDPC编译码器的实现

LDPC编译码器的实现

作者：郝晓博电子科技大学

学位级别：硕士

LDPC编码技术是信道编码领域和信息论研究领域的重大成果之一,它具有和Turbo码相似甚至更好的译码性能极限,其译码延时低于Turbo码,而且因其良好的距离特性、较低的译码复杂度以及码长可灵活调整等特点,已经被当下许多通信标准所采用,比... 详细信息

LDPC编码技术是信道编码领域和信息论研究领域的重大成果之一,它具有和Turbo码相似甚至更好的译码性能极限,其译码延时低于Turbo码,而且因其良好的距离特性、较低的译码复杂度以及码长可灵活调整等特点,已经被当下许多通信标准所采用,比如5G-NR标准,802.11an标准,802.11ad标准等。LDPC编码算法和译码算法既要有强的可实现性又要保证设计实现出的编码器和译码器性能、数据吞吐量。本文以802.11ad标准中规定的QC-LDPC为基础,研究和讨论了LDPC编码器和译码器的设计与实现。对于QC-LDPC编码器,本文给出在不改变准循环和稀疏特性的条件下,利用校验矩阵的“部分逆矩阵”来重新安排数据处理流程,在保证同样数据吞吐情况下,该方法设计出的编码器相对于经典直接校验矩阵法可占用更少硬件资源。目前主流LDPC译码器架构主要有传统的最小和算法和新兴的随机计算算法。最小和算法的在译码器硬件面积和布线拥塞度上都具有瓶颈,导致设计出的译码器数据吞吐率很难得到提升;随机计算技术利用单比特随机流的数据表达形式可以克服这些难点,但是其存在译码延时大,而且其变量节点单元输入容易出现锁存状态等问题,影响译码收敛速度。本文设计实现了一种“松弛衰减半随机计算”(Relaxed-Half Stochastic,RHS)译码算法,它吸收了最小和算法与随机计算算法的优点,在硬件利用率和数据吞吐以及译码性能方面都有良好的表现。“松弛衰减半随机计算”的变量节点仍然使用对数BP算法,这一点与最小和算法相同,而在硬件复杂度高的校验节点使用随机比特流来表示数据,利用随机计算降低其设计难度,在译码器变量节点和校验节点之间的互联仍然保持单比特线宽,这使得译码器可以有良好的时序特性;本文在802.11ad标准3/4码率LDPC上做了RHS算法的优化,对某些关键参数进行了仿真和优化,并做了定点数据验证,比较了不同初始化策略下的译码性能,证明了RHS算法在短码LDPC上的有效性;最后在Xilinx的FPGA芯片上实现了全并行的RHS架构LDPC译码器,并做了针对性的优化设计。除此之外,本文还证明了“一步初始化”策略在基于计数器全随机译码算法上的优越性,仿真验证了该架构在802.11ad 3/4码率上的最优参数,并在FPGA上实现了该架构对应的译码器;最后通过比对这些译码算法,证明了RHS架构的优势。

关键词： LDPC 编码器译码器 802.11ad RHS 随机计算

60GHz频段下单载波链路的基带电路设计与实现

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60GHz频段下单载波链路的基带电路设计与实现

作者：吕启福电子科技大学

学位级别：硕士

随着高速无线互联应用场景的增加,人们对短距离通信技术的传输速率要求越来越高,现有的处于低频段的WiFi技术很难满足千兆传输速率,因此具有高达7GHz免授权频谱的60GHz毫米波频段日益引起了大家的关注。在接收端,射频RF和基带是两个重... 详细信息

随着高速无线互联应用场景的增加,人们对短距离通信技术的传输速率要求越来越高,现有的处于低频段的WiFi技术很难满足千兆传输速率,因此具有高达7GHz免授权频谱的60GHz毫米波频段日益引起了大家的关注。在接收端,射频RF和基带是两个重要的组成部分,其中60GHz射频技术已经获得了较好解决而高速低功耗的60GHz基带技术依然是一个挑战。本文参照IEEE802.11ad标准,探讨了单载波调制下的60GHz接收机基带算法及部分FPGA实现,同时针对高速时间交叉采样adC的接口设计和测试也做了一些研究和设计。第一章概述了60GHz的研究背景和研究现状。分析了60GHz频段的特点并给出了本文的架构安排。第二章首先从大尺度衰落和小尺度衰落两方面简单介绍了60GHz的信道,给出了本设计仿真用的信道参数,其次简单介绍了IEEE802.11ad的物理层帧结构,同时还介绍了在60GHz基带中起重要作用的Golay互补序列的相关背景、生成算法和相关器设计。最后介绍了时间交叉采样adC的工作原理和模型,并分析了直流偏移、增益失配、时钟相位失配这三种情况对adC性能的影响第三章首先给出了一个基于FPGA实现平台的60GHz基带的总框架图,确定adC采样速率和FPGA内部电路并行数。接着描述了数据分组和去?2旋转的两个小模块。然后针对帧检测、载波频偏同步、信道估计算法、采样定时同步和均衡算法做了探索和仿真。第四章首先对本设计中60GHz硬件平台中进行阐述,并对采样率达3.52Gsample/s高速时间交叉adC进行研究,主要包括adC与FPGA接口设计、通道失配校正、adC参数测试提取。同时介绍了高速并行Golay序列相关器的FPGA实现方案和测试结果,最后针对60GHz高速并行的传输特点,设计了特殊的NCO,比常规的并行NCO节省了87.5%的面积。最后一章总结了本文的工作,给出了结论,以及下一步要进行的主要工作。

关键词： 60GHz 基带 802.11ad 时间交叉采样adC 并行接收机

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60GHz毫米波通信系统接收机设计与研究

60GHz毫米波通信系统接收机设计与研究

作者：许成贵东南大学

学位级别：硕士

随着社会发展,人们对于高速无线通信的需求越来越大,尤其是在室内短距场景下,用户对数据传输速率和传输时延要求更高。在这种需求的推动下,国内外许多学者进行了大量的研究工作并且推出了多种无线局域网标准。然而低频段频谱资源日益紧... 详细信息

随着社会发展,人们对于高速无线通信的需求越来越大,尤其是在室内短距场景下,用户对数据传输速率和传输时延要求更高。在这种需求的推动下,国内外许多学者进行了大量的研究工作并且推出了多种无线局域网标准。然而低频段频谱资源日益紧张,60GHz频段中有丰富的频谱资源。本文进行60GHz毫米波通信系统接收机的设计与研究,主要包括同步和均衡技术研究。首先本文介绍毫米波系统的发展历程和研究现状,介绍了几种毫米波频段通信标准,并对毫米波通信系统接收机的关键技术做综述。其次,本文介绍了毫米波通信系统总体结构。在分析60GHz毫米波无线信道的传播特性的基础上,介绍该频段的一种信道模型:IEEE 802.15.3c信道模型,给出了模型的信道脉冲响应数学表达式,分析模型中各参数的意义,并对典型场景的功率时延特性进行仿真。随后本文对系统的帧结构进行介绍,主要包括前导码块和数据块两部分,并给出了本文通信系统的总体设计结构。然后,本文研究了60GHz毫米波通信系统中接收机的同步问题。针对定时同步问题,本文研究了基于阈值判决的粗同步算法。根据系统同步序列特点,本文提出基于滑动平均滤波器的粗同步方法,仿真结果表明该方法比基于阈值判决的算法能获得更好的粗同步性能。针对载波同步问题,本文首先介绍了一些基于数据辅助的载波同步算法,针对系统特性采用了基于互相关平均的频偏估计和补偿算法,并在进行粗频偏补偿的基础上利用数据块之间的保护间隔序列来进行残余频偏估计与补偿。最后,本文研究了60GHz毫米波通信系统的均衡和信道估计问题,首先对比分析了迫零均衡、MMSE均衡和判决反馈均衡,并进行性能仿真对比。结果表明,线性均衡实现简单但是性能较差,非线性均衡的性能较好但是计算复杂度较高。因此,本文提出了使用保护间隔序列计算均衡系数的方法,降低计算复杂度。另外,本文还研究了一种低复杂度判决反馈均衡算法,针对其在高阶调制下性能差的问题,本文通过使用信噪比估计和拟合误符号率的方法提出了一种改进算法,仿真结果表明本文提出的算法对系统性能有明显提升。另外,本文研究对比了多种信道估计方法,结合系统帧结构特性给出了基于Golay互补序列的信道估计方法。

关键词： 802.11ad SC-FDE系统自适应同步判决反馈均衡

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基于数模混合电路的均衡研究

基于数模混合电路的均衡研究

作者：梁霄电子科技大学

学位级别：硕士

近十年来,世界逐渐进入移动互联网时代,人们越来越依赖智能手持设备来满足对多媒体、社交和商业活动的需求。无线移动通信的发展也在通过不断提高传输速率和稳定性来满足人们的需求。而短距离无线通信进一步改变了终端的接入方式,在局... 详细信息

近十年来,世界逐渐进入移动互联网时代,人们越来越依赖智能手持设备来满足对多媒体、社交和商业活动的需求。无线移动通信的发展也在通过不断提高传输速率和稳定性来满足人们的需求。而短距离无线通信进一步改变了终端的接入方式,在局域网内可以得到更高的传输速率。60GHz无线通信因为其频带宽的优点成为高速率短距离无线通信的首选,可以提供超过1Gb/s的传输速率。60GHz无线通信的标准化逐渐成熟,IEEE 802.11ad工作组将60GHz无线通信进行了标准化,提供了信道模型分析方法,IEEE 802.11ad标准同时支持单载波传输和OFDM传输。本文先对60GHz无线通信的背景和现今发展情况进行了介绍。然后着重分析60GHz短距离无线通信的场景及其多径衰落特点,并仿真了会议室和客厅两个最常见的应用场景,包括STA-STA通信模式和通信STA-AP模式。从仿真结果得出802.11ad信道的多径衰落情况,码间串扰影响几十到上百个码元的接收。均衡器用于消除接收信号的码间串扰,信道的冲激响应时延过长导致均衡器的复杂度提高,本文探讨信道均衡器的设计。OFDM技术和单载波频域均衡技术都需要FFT和IFFT的处理,同样带来很大的硬件开销。然后着重分析单载波时域均衡器的设计,包括迫零准则和最小均方差准则,并分析了IEEE 802.11ad通信单载波时域均衡的性能。数模混合均衡的结构用于消除IEEE 802.11ad通信的码间串扰,解决纯数字电路时域均衡器抽头系数过多的问题。本文分析的数模混合均衡器使用模拟电路网络和单载波时域均衡器实现。模拟电路网络的数学模型为零点、极点传递函数模型,模拟电路网络的无源电路利用输入阻抗法得到、梯形网络结构实现,模拟电路网络的优化采用数值优化设计。最后讨论数模混合均衡器的设计。

关键词： 60GHz 802.11ad 信道均衡数模混合电路

60GHz毫米波通信系统的信道估计技术研究

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60GHz毫米波通信系统的信道估计技术研究

作者：唐苏衡东南大学

学位级别：硕士

随着全球移动互联网和物联网技术的蓬勃发展,移动用户数和业务流量呈现爆炸式增长。如何在有限的频谱资源上满足上述爆炸式增长的移动通信业务需求,已成为宽带无线移动通信系统技术发展面临的巨大挑战。在低频段已经无法分配较宽的连续... 详细信息

随着全球移动互联网和物联网技术的蓬勃发展,移动用户数和业务流量呈现爆炸式增长。如何在有限的频谱资源上满足上述爆炸式增长的移动通信业务需求,已成为宽带无线移动通信系统技术发展面临的巨大挑战。在低频段已经无法分配较宽的连续频谱,因此工作在60GHz以上频段的毫米波通信系统技术获得了广泛关注。本文主要研究了60GHz频段的毫米波通信系统的信道估计技术。首先,本文介绍了毫米波通信技术的发展历史与研究现状,分析了在自由空间和大气环境中影响毫米波频段电磁波无线传播特性的主要因素,对比了毫米波频段传输的特性和优势。在介绍毫米波通信系统发展现状的基础上,本文分析了60GHz频段的IEEE802.11ad和IEEE 802.11ay两种无线局域网标准,研究了标准规范的无线帧结构与物理层链路参数等系统框架。同时,本文概述了基于IEEE 802.15.3c的典型应用场景中的信道模型。在此基础上,本文给出了60GHz毫米波通信系统总体方案,定义了系统的帧结构,设计了基于格雷互补序列的前导码。其次,本文研究了无线通信系统中的信道估计关键技术。在介绍基于训练序列的信道估计,盲信道估计和半盲信道估计技术的基础上,本文推导分析最小二乘信道估计,最小均方误差信道估计,自适应信道估计等基于训练序列的信道估计算法。同时,本文研究了线性插值,三次样条插值和多项式插值等经典插值算法。另外,本文通过计算机仿真对比分析了不同算法的最小均方误差等性能。然后,本文研究了基于格雷序列的信道估计算法。针对单点频域均衡,该算法通过接收信号与本地序列互相关得到时域信道估计后,经信号处理得到信道频率响应。在此基础上,本文提出了两种改进算法。算法一更改系统帧结构,即改变格雷序列的极性结构以及选取不同的信道估计序列长度。算法二设定阈值门限,将低于阈值的时域信道估计初值置为零来抑制系统噪声的影响。另外,本文给出了一种联合相噪处理的信道估计算法,通过信道估计和相位噪声抑制的迭代信号处理提高信道估计性能。本文通过计算机仿真对比验证了不同算法的最小均方误差和误码率性能,其中两种改进算法和联合相噪处理的信道估计算法都提高了最小均方误差和误码率性能。最后,本文研究了基于匹配追踪的信道估计技术。针对毫米波频段多径信道的稀疏特性,将信道估计问题转化为稀疏信号的重建问题,利用了压缩感知的思想和匹配追踪的算法进行求解。本文解析研究了匹配追踪算法和正交匹配追踪算法,给出了正交匹配追踪算法的实现步骤,并通过计算机仿真对比了不同算法的最小均方误差和误码率性能,其中正交匹配追踪算法的综合性能比其它算法优异。

关键词：信道估计算法毫米波 802.11ad 60GHz SC-FDE系统

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第5代Wi-Fi技术与标准化研究

电子科学技术 2016年第4期3卷 429-433页

作者：林明广东省电信规划设计院有限公司广东广州510630

本文在分析第5代Wi-Fi无线频谱特点的基础上,阐述了IEEE 802.11ac/ad标准的物理层和MAC层关键技术规范,并提出了第5代Wi-Fi的应用前景和在后向兼容性、实际部署以及与蜂窝网络融合等方面所面临的主要挑战。

关键词： WLAN 第5代Wi-Fi IEEE 802.11ac IEEE 802.11ad

下一代WLAN技术标准802.11ac/ad

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现代电信科技 2010年第12期40卷 10-14页

作者：罗振东工业和信息化部电信研究院通信标准研究所

基于IEEE802.11n标准的WLAN能够支持高达600 Mbit/s的传输速率,但在支持无线高清视频传输等高吞吐量无线数据业务时仍然会遇到瓶颈。面对这一挑战I,EEE已启动下一代WLAN技术标准802.11ac和802.11ad的制定工作,数据吞吐量将达到几个Gbit... 详细信息

基于IEEE802.11n标准的WLAN能够支持高达600 Mbit/s的传输速率,但在支持无线高清视频传输等高吞吐量无线数据业务时仍然会遇到瓶颈。面对这一挑战I,EEE已启动下一代WLAN技术标准802.11ac和802.11ad的制定工作,数据吞吐量将达到几个Gbit/s,能够更好地满足快速增长的市场需求。

关键词： WLANI EEE 802.11ac 802.11ad 802.11n Wi-Fi WiGig