无线通信系统—— FFT与信道译码VLSI设计9787560667546

第1章无线通信系统中的FFT与信道译码技术1.1无线通信的基本数学原理

1.1.1连续时间基带模型

1.1.2离散时间基带模型

1.1.3加性白噪声

1.2FFT在无线通信系统中的应用

1.2.1FFT在信号同步中的应用

1.2.2FFT在调制解调中的应用

1.2.3FFT在信道均衡中的应用

1.3无线通信系统典型的信道编译码方法

1.3.1卷积码的编码与译码

1.3.2 Turbo码的编码与译码

本章小结

第2章基于并行流水线的FFT计算方法及VLSI结构2.1面向硬件实现的Radix-2*FFT算法原理…

2.2FFT串行流水线结构…

2.2.1延迟反馈VLSI结构

2.2.2延迟换向VLSI结构

2.2.3数据排序单元优化设计方案

2.2.4旋转因子存储单元优化方案

2.3FFT并行流水线计算方法

2.4FFT混合抽取多路延迟反馈VLSI结构

2.4.1基于折叠变换的延迟反馈结构分析

2.4.2延迟反馈结构计算调度优化

2.4.3混合抽取多路延迟反馈VLSI结构设计

2.5理论分析与硬件测试

2.5.1 FFT并行流水线结构的资源开销估计与比较

2.5.2 M2DF结构的硬件实现与测试本章小结

第3章 基于单端口RAM的FFT处理器及VLSI结构3.1 FFT处理器顶层架构设计

3.2FFT处理器数据访问方案设计

3.2.1输入数据缓存方案

3.2.2中间计算结果存取方案

3.2.3输出数据读取方案

3.3FFT处理器VLSI结构设计

3.3.1数据访问参数的生成

3.3.2输入输出转换单元及数据次序变换单元

3.3.3 混合抽取多路延迟反馈 VLSI结构设计

3.4理论分析与硬件测试

3.4.1FFT处理器性能及硬件开销估计与比较

3.4.2FFT处理器硬件实现与测试

本章小结

第4章 Radix-2FFT算法量化误差分析与 VLSI结构优化

4.1基于矩阵变换的混合Radix-2*FFT算法分析

4.1.1混合Radix-2*FFT算法的矩阵变换表示

4.1.2混合Radix-2*FFT算法分量矩阵的数学性质

4.2混合Radix-2*FFT算法的量化误差分析

4.2.1可变数据位宽下的量化误差模型·

4.2.2量化误差的功率估计

4.3FFT流水线结构硬件参数的优化配置…

4.3.1流水线VLSI结构存储开销分析

4.3.2流水线VLSI结构计算资源开销分析

4.3.3 FFT流水线VLSI结构硬件参数优化方法

4.4仿真分析与实验测试

4.4.1流水线结构的SQNR与存储开销的仿真分析

4.4.2 FFT流水线结构的SQNR的实验测试

本章小结…

第5章 Turbo码并行译码器VLSI结构设计

5.1Turbo码的并行译码方法

5.1.1基于符号的MAP译码算法

5.1.2子块并行译码方法与块交织流水线策略

5.1.3滑动窗译码与前后向交叉译码方式

5.2 Turbo码子块并行译码器 VL.SI结构设计

5.3 Turbo码并行译码QPP交织器VLSI结构设计

5.3.1外信息存储模式与QPP交织器的数学表示

5.3.2支持无冲突访问的外信息存储模式

5.4 并行QPP交织器的硬件设计

5.4.1数据写入电路结构

5.4.2数据读取电路的读地址产生单元

5.4.3 数据读取电路中的数据路由网络

5.5理论分析与硬件测试

5.5.1 不同设计方案中QPP交织器的复杂度分析

5.5.2QPP交织器的硬件实现与测试

第6章卷积码的并行列表译码算法与并行列表译码器的硬件结构设计本章小结

6.1卷积码的并行列表译码算法

6.1.1非咬尾卷积码的列表译码

6.1.2咬尾卷积码的列表译码

6.2基于路径标识的非咬尾卷积码并行列表译码算法

6.2.1基于路径标识的前向递推运算

6.2.2基于路径标识的路径回溯

6.2.3基于网格循环性的咬尾卷积码初始状态估计器

6.3并行列表译码器的硬件结构设计

6.3.1并行列表译码器的ACS单元

6.3.2并行列表译码器的路径回溯单元

6.3.3初始状态估计器

6.4理论分析与硬件测试

6.4.1非咬尾卷积码列表译码算法所需的存储开销分析

6.4.2基于FPGA的列表译码器硬件实现与性能测试

6.4.3列表译码器的VLSI结构实现

本章小结·

第7章无人机通信系统VLSI结构设计

7.1数字前端方案设计

7.1.1信号分离装置

7.1.2残余频偏纠正装置

7.1.3信号功率控制方案

7.2 直接数字频率合成器 VLSI结构设计…

7.2.1直接数字频率合成器存储压缩方案

7.2.2直接数字频率合成器VLSI实现结构

7.2.3直接数字频率合成器实现实例

7.3数字信道化接收装置VLSI结构设计…

7.3.1数字信道化接收装置顶层架构

7.3.2输入排序单元设计

7.3.3 M通道数字信道化迭代处理单元设计

7.3.4输出分离单元设计

7.4伪码并行捕获装置VLSI结构设计

7.4.1数据缓存单元及参数存储单元设计

7.4.2数据读取单元设计

7.4.3数据处理单元设计

7.4.4 B点IFFT计算单元设计…

7.4.5码相位与多普勒估计单元设计

7.5信道估计与均衡装置VLSI结构设计

7.5.1导频符号排列方式设计

7.5.2信道估计与均衡装置顶层架构

7.5.3数据缓存单元结构及控制方案

7.5.4全频域信道估计与均衡结构

本章小结

附录CORDIC运算单元的量化误差分析参考文献

第1章无线通信系统中的FFT与信道译码技术

无线通信是指不利用导线、电缆、光纤等有线介质，而利用空间来传递电磁信号的通信方式。短波通信、微波通信、移动通信、卫星通信，以及家用无线宽带、航天器测控、深空通信都属于无线通信在特定领域的典型应用。1896年，马可尼发明了无线电报，开辟了无线通信这一新的领域。20世纪以来，从通信频段来看，无线通信覆盖了从长波、中波、短波、超短波、分米波、微波、毫米波到激光的各个频段；从传输能力来看，从文字、话音，到图像、视频，无线通信能够支撑的业务种类越来越丰富，信息速率越来越高。无线通信技术的不断发展演进，为人类社会的信息化、数字化和智能化提供了坚实的基础和有力的支撑，也深刻地改变了人们的生产生活方式。

数字化的基带处理是无线通信系统的重要特征。所谓数字化，是指基带处理的对象为离散时间信号，而非在无线信道上传输的连续时间信号。在发送端，基带处理的任务是将待发送的信息比特在信息层和信号层进行变换，使之成为适合无线信道传输的离散时间信号，该离散时间信号经过数模（D/A)转换后成为模拟通信信号，该模拟通信信号经过上变频调制到合适的载频发送。在接收端，信号经过下变频、滤波与采样后，得到的离散时间信号经过信号层与信息层的逆变换，恢复出发送的信息比特。信息层的变换与逆变换主要是指信道编码与译码，其作用是通过在信息比特中插入纠错信息来减少通信过程中的传输误码。信号层的变换与逆变换主要是指信号调制与解调，其目的是将信息比特变换成适合无线信道传输的带限信号，该带限信号通常具有较低的频谱泄露和较高的功率放大器使用效率。当然，接收端在进行信号逆变换(即信号解调)之前，需要进行信号同步、信道估计与均衡等操作，以克服噪声和无线信道传输失真对信号解调的不利影响。

本章主要内容安排如下：1.1节阐述无线通信的基本数学原理，给出连续时间和离散时间条件下的基带模型，揭示信号调制与解调的数学内涵，说明无线信道对通信信号传输的影响；FFT作为无线通信系统基带处理常用的信号变换操作，其在不同通信系统中的应用将在1.2节进行介绍；1.3节介绍无线通信系统的信道编译码方法，重点介绍目前广泛应用的卷积码和Turbo 码，并以移动通信网的长期演进（Long Term Evolution,LTE)系统的标准码型为例说明其编译码过程；最后对本章内容进行了总结。

本书针对无线通信系统高吞吐里、高可靠性基带处理对专用集成电路设计的需求，系统地阐述了低复杂度高精度FFT信号处理、低时延高性能信道译码算法，以及它们的VLSI实现结构。全书共7章，包括无线通信系统中的FFT与信道译码技术基于并行流水线的FFT计算方法及VLSI结构基于单端口RAM的FFT处理器及VLSI结构、Radix2kFFT算法量化误差分析与VLSI结构优化、Turbo码并行译码器VLSI结构设计、卷积码的并行列表译码算法与并行列表译码器的硬件结构设计和无人机通信系统VLSI结构设计。