论文部分内容阅读
片上系统(System on a Chip,SoC)是集成电路(Integrated Circuit,IC)的重要发展趋势。系统核心算法设计是SoC的基础,对相应SoC的性能至关重要。由于诸多通信设备都通过SoC实现,所以对宽带通信系统核心算法的研究可为相应SoC设计提供理论支撑、是通信集成电路设计中必不可少的重要一环。 各种宽带通信系统在覆盖范围、传输速率、造价、接入方便程度等方面具有不同的特性。以光纤等为媒介的宽带系统,虽然速率较高,但造价昂贵。相比之下,无线以及室内电力线宽带传输系统造价较低,且终端接入更加方便。以这两类技术为基础的宽带系统,在满足人们通信需求方面扮演着重要角色。利用最优化理论这一解决许多通信信号处理问题的重要工具,本文研究了无线和室内电力线两种异构宽带传输系统中一些关键信号处理问题。 本论文的主要工作与创新包含以下方面: 一、宽带无线通信系统的一个显著特征是无线信道的多径和衰落,使得在有限带宽资源下提高传输速率十分困难。多入多出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)系统在收发端均配置多根天线,能够在无需额外带宽的条件下显著提高传输速率和/或可靠性,是许多无线通信标准的关键技术。在发送端已知信道状态信息或其统计特征条件下,MIMO系统一项重要研究工作是设计收发器以最优化系统某一性能指标。针对这类最优化问题,本文进行如下研究: 1.对采用最大似然接收机的MIMO系统,接收信号间最小欧氏距离直接影响系统误码性能。本文以最小欧氏距离最大化为目标,设计了一种基于贪婪算法的发送功率分配方案。该方案能取得与现有功率控制算法相同的性能,但是通用性更强、适用于更多发送天线的情况。 2.对已知信道状态统计特征的大规模MIMO系统,提出一种天线选择方案以降低收发器复杂度和反馈开销,然后设计线性收发器以最小化检测均方误差之和,并改善某些特殊条件下(发送或接收天线不相关)已有的方案、以取得更好的误码性能。 3.MIMO-OFDM系统将多天线技术与正交频分复用(Orthogonal FrequencyDivision Multiplexing,OFDM)相结合,能有效对抗频率选择性衰落。假定子载波间正交,传统MIMO系统收发器可独立应用到MIMO-OFDM系统各子载波上。但是,载波间干扰会降低传统设计性能。针对存在载波间干扰的MIMO-OFDM系统,本文以最小化检测均方误差之和为目标设计了线性和非线性两类收发器,表现出比相同结构的传统收发器更好的误码性能。 二、宽带电力线通信系统通过连接电脑及外设构成家庭网络,成本低、接入方便。室内电力线信道环境复杂,尤其是由多个衰减正弦信号叠加而成的脉冲噪声对高速数据传输造成的负面影响很大。由于HomePlug AV等电力线标准中采用OFDM技术,本文提出一种频域内以最小二乘误差准则为最优化目标的衰减正弦信号参数估计方法,其性能接近克拉美-罗下界(Cramér-Rao LowerBound,CRLB)且复杂度较低。