《面向MIMO-OFDM系统的软件无线电处理器研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《面向MIMO-OFDM系统的软件无线电处理器研究（81页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、国防科学技术大学硕士学位论文面向MIMO-OFDM系统的软件无线电处理器研究姓名：陈艇申请学位级别：硕士专业：电子科学与技术指导教师：刘衡竹2010-11国防科学技术大学研究生院硕士学位论文 第 i 页 摘 要 当前无线通信基站平台在功能实现上过多地依赖于加速部件，导致处理器的架构灵活性较差，不易产品的升级，软件无线电技术是以软件实现无线电的功能，具有良好的灵活性和可扩展性，被认为是未来宽带无线通信发展的趋势。然而诸如 FIR 滤波、离散傅立叶变换（DFT）、信道估计和 MIMO 信道均衡等 4G 通信中关键技术，在运算量较大的同时，又有较大的并行性及一些特殊的运算模式，从而使得在处理器级采用
2、专门指令和结构成为可能。本文以算法驱动软件无线电体系结构的设计，提出一种面向 MIMO-OFDM 系统的软件无线电数据处理单元（DPU）模型，为下一代无线通信软基站平台的研制提供参考。 本文首先对现有软件无线电体系结构进行深入的探讨，并分析了各自的优点与不足，总结了软件无线电数字信号处理器未来可能的发展趋势；同时对未来 4G可能采用的关键技术 OFDM、MIMO、信道估计和信道均衡等原理和方法进行了详细的论述，并分析了其复杂度和计算特征，提出了一种基于 VLIW+SIMD 结构的软件无线电 DPU 模型，并根据算法分析提出多种面向应用的专用指令和结构。本文的主要工作集中于对未来 4G 可能采用
3、的主要关键技术的原理和复杂度进行分析，完成了对处理器指令集系统以及功能部件的详细设计，并利用 LISA 语言编写了处理器的时钟精确型模型，得到汇编器和链接器；最后，本文将 FIR 滤波算法、 FFT 算法和矩阵乘法这三种 4G 无线通信标准中的典型算法在数据处理单元上进行了映射，利用自定义的指令手工编写三种算法的汇编程序，并利用模拟器进行模拟，与 TI 公司的高性能处理器 C64x+进行性能的比较，FIR 算法和 FFT 算法的最大加速比分别是 7.95 和 8.66；而 22 矩阵乘法运算和 44 矩阵乘法运算加速比分别达到了 11.2 和 12.6，综合分析表明 DPU 结构满足应用的需求
4、。 关键词：软件无线电 4G OFDM MIMO 信道估计和均衡 国防科学技术大学研究生院硕士学位论文 第 ii 页 ABSTRACT Currently, The wireless base stations function is excessively lean upon accelerating components, which makes the structure of processor inflexible and difficult to upgrade. Software-defined radio which implements radio functions in
5、software, with good flexibility and scalability, is considered to be a solution that meets the future development trend. As the key techniques with great computing complexity in 4G communication, FIR filter, DFT, channel estimation and MIMO channel equalization have good parallelism and some special
6、 operational modes, which make the adoption of specialized instructions and structures possible in the processor level. In this paper, a SDR processor prototype was proposed for MIMO-OFDM system which provide the foundation for furture study of soft base station platform. This text carried on a thor
7、ough study to the existing SDR architecture and base station platform first, then analyzed the advantage and shortage of these SDR processors. Based on the analysis of the existing architectures, this paper summarized some possible trends for SDR technique in the future. Meanwhile, this paper first
8、discussed the principles and methods of OFDM, MIMO, channel estimation and channel equalization, and analyzed their complexity and operational characteristic, then present one kind of SDR processor prototype based on VLIW+SIMD architecture. The proposed architecture contains some data processing uni
9、ts and a lot of specialized instructions orienting to the application. The main work of the thesis is concentrating on analyzing the technical principle and complexity of the key technique possiblely adopted by future 4G and completing the detailed design of instruction system and function parts of
10、processor. By using LISA language, a clock-cycle accurate processor model and its assembler,linker is built. Finally, three typical algorithm FIR filter, FFT and matrix multiplication were maped to the processor simulator, and the simulation resurts were compared with C64x+ processor, the highest sp
11、eedup rate for FIR filter, FFT, 2*2 and 4*4 matrix multiplication were 7.95, 8.66, 11.2 and 12.6. It shows that the proposed processor is fit for application. Key Words： Software Defined Radio; 4G; OFDM; MIMO; channel estimation; channel equalization. 国防科学技术大学研究生院硕士学位论文 第 IV 页 表 目 录 表 3.1 算法对操作的需求.
12、35 表 4.1 标量存储单元的寻址方式. 37 表 4.2 标量单元指令. 48 表 4.3 向量单元指令. 49 表 4.4 DPU 各功能单元执行的指令集. 54 表 5.1 矩阵乘法性能比较. 60 国防科学技术大学研究生院硕士学位论文 第 V 页 图 目 录 图 1.1 软件无线电系统结构图. 2 图 1.2 采用 MIMO-OFDM 技术的新标准. 3 图 1.3 SODA 原理框图. 4 图 1.4 Ardbeg 原理框图. 4 图 1.5 EVP 结构示意图. 5 图 1.6 conXBBE 基带引擎. 6 图 1.7 msba8100 加速器芯片. 6 图 1.8 C64x+处理器框图. 7 图 2.1 OFDM 与传统 FDM 的频谱利用率比较. 11 图 2.2 OFDM 系统框图.
