基于SVD的OFDM信道估计方法的FPGA实现研究

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信道估计是正交频分复用系统的关键技术之一,在其实现过程中需要解决估计性能和估计复杂度之间的矛盾。在目前已有的各种信道估计算法中,基于奇异值分解(Singular value decomposition,SVD)的OFDM信道估计算法复杂度小,估计性能较好,具有较好的可实现性。本文重点研究基于奇异值分解的信道估计算法在FPGA(Field Programmable Gate Array)实现过程中的关键问题。具体包括以下几个方面:   ①介绍OFDM系统信道模型,基于可实现性问题分析目前已有的各种信道估计算法的优缺点,进行对比研究,从时域和频域的各种估计算法入手,提出采用基于SVD的信道估计算法的理由。   ②分析基于SVD的信道估计算法在实现中的具体问题,提出将信道自相关矩阵的奇异值分解转化为实对称矩阵的奇异值分解,采用并行Jacobi算法完成矩阵的对角化过程,以此降低算法的复杂度。最后,结合本课题要求,给出基于奇异值分解信道估计算法的硬件实现方案。   ③详细介绍CORDIC(Coordinate Rotational Digital Computer)算法的实现原理,分析了算法的收敛性,详细讨论了算法的数值精度问题,并给出了CORDIC算法的硬件实现结构。   ④对Systolic方阵结构进行改进,设计了实现对称矩阵奇异值分解的三角形阵列结构,并将其应用于FPGA实现中。   ⑤给出了CORDIC处理器件的硬件设计方案,设计了适合本课题的实对称矩阵奇异值分解的阵列结构及其数据处理方式,分析了FPGA实现过程中所涉及的关键技术。实现了8×8阶矩阵的奇异值分解模块,完成该模块基于QuartusⅡ的功能和时序仿真,同时利用MATLAB软件对相关算法仿真,验证了时序仿真数据的正确性。
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