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【2h】

Optimización algorítmica orientada a la implementación en dispositivos reconfigurables de esquemas multiestándar y multiusuario para sincronismo de frecuencia en sistemas de comunicaciones inalámbricas basados en OFDM

机译：面向可重配置设备中实现多标准和多用户方案的算法优化，以实现基于OFDM的无线通信系统中的频率同步

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摘要

Esta Tesis investiga la sincronización de frecuencia para sistemas OFDM, multiestándar OFDM y multiusuario OFDMA. El objetivo de esta Tesis es la de proponer esquemas de sincronización con menor coste computacional que los métodos ya existentes para facilitar su implementación en dispositivos reconfigurables, como son las FPGAs. Por ello, además, se presenta un estudio y una propuesta de metodología usando herramientas de prototipado rápido que sirven para acelerar el proceso de implementación de un sistema DSP. En primer lugar se estudian los efectos de los errores de sincronización de frecuencia sobre las prestaciones de un sistema OFDM y se investigan los diferentes métodos de sincronización, proponiéndose nuevos métodos que reducen la carga computacional sin reducir prestaciones, e incluso, mejorándolas. Para ello se dividen los métodos en captura y seguimiento y estos a su vez se aplican a sistemas de comunicaciones basadas en paquetes, como 802.11g/n ó 802.16d, sistemas basados en transmisión continua, como DVB-T y en sistemas donde se espera gran movilidad, cómo LTE. A continuación, se propone una solución integrada para la sincronización de frecuencia de un sistema multiestándar. Para ello se proponen algoritmos que permitan la reutilización de sus bloques. De esta manera se facilitará una implementación con bajo número de recur- sos. En esta Tesis se propone un seguimiento de frecuencia en un sistema multiestándar que incluya las siguientes tecnologías: 802.11g, 802.16d, DVB-T/H y LTE. La última propuesta algorítmica de esta Tesis se centra en la sincronización en sistemas multiusuario OFDMA para el estándar 802.16e. Aunque existen métodos que obtienen buenas prestaciones, éstos requieren tal cantidad de operaciones que su implementación en una FPGA (la arquitectura destino considerada en esta Tesis) es prácticamente imposible, teniendo además en cuenta que la sincronización es sólo un subsistema de un sistema mucho más grande. En esta Tesis se ha propuesto un método iterativo en el que la estimación y la corrección se realizan de la forma menos costosa posible, algorítmicamente hablando. Este método puede, además, funcionar en todos las posibles modos del 802.16e. Tras el estudio algorítmico de la etapa de sincronización de frecuencia en OFDM y OFDMA, se presenta una metodología de implementación basada en herramientas de prototipado rápido y se explican los pasos a realizar cuando se construye un subsistema de comunicaciones inalámbricas. Se ha elegido esta metodología por ser habitual en el desarrollo de prototipos y porque permite realizar diseños y obtener resultados en un tiempo reducido. Para ello se ha implementado la captura de un CFO para el estándar 802.16d. Este es un ejemplo sencillo pero muy necesario en la sincronización de frecuencia que facilita el mostrar la metodología empleada. ABSTRACT This Thesis focuses on the frequency synchronization problem in OFDM, multistandard OFDM and OFDMA systems. The aim of this Thesis is to propose new synchronization schemes with a reduced computation complexity compared with previous methods from the literature in order to facilitate the implementation in hardware. In particular, implementations targeting reconfigurable hardware (FPGAs). Therefore, methodologies based on rapid prototyping tools that reduce the time and effort required to implement a DSP system are also analyzed and compared. First, the effects of a carrier frequency offset (CFO) are studied and shown. This CFO reduces the performance of the system. Therefore, a comparison of previous and new frequency synchronization methods is performed. The schemes proposed in this Thesis reduce the complexity of the algorithm with no performance penalty. In some cases, they even improve the performance. Acquisition and tracking schemes are evaluated. They are analyzed in terms of packet-based standards, as 802.11g/n or 802.16d, and continuous, as DVB-T, or mobile, as LTE. As a result, an integrated solution for frequency synchronization in a multistandard system is proposed. This system implements the following technologies: 802.11n, 802.16d, LTE, and DVB-T/H. The main goal in this case is that the basic algorithm structure is shared between the different OFDM-based standards, allowing for both, efficient implementations and efficient use of resources on a common baseband processing platform. The last algorithmic proposal in this Thesis focuses in frequency synchronization for multiuser OFDMA systems, as in the 802.16e standard. Although there are methods in the literature that achieve good theoretical performance, they require a very large amount of computations so their FPGA implementation becomes unfeasible. Besides, frequency synchronization is just a subsystem within a transceptor. In this Thesis, an iterative scheme where the estimation and correction of the frequency offsets are performed with a reduced number of computations is proposed. This can be used for all the modes proposed in the 802.16e standard. Once the algorithmic issues of the frequency synchronization problem in OFDM and OFDMA systems have been solved, an implementation methodology using rapid prototyping tools is presented and evaluated. The necessary steps for implementing a wireless communication system with these tools are explained. This implementation methodology has been selected because it is commonly used for system prototyping and it allows to obtain implementation results in short times. In particular, a CFO estimator for the 802.16d standard is implemented. This is a simple but very necessary frequency synchronization that facilitates the comprehension of the design methodology used.
机译：本文研究了OFDM，多标准OFDM和多用户OFDMA系统的频率同步。本文的目的是提出一种与现有方法相比具有较低计算量的同步方案，以促进其在可重构设备（如FPGA）中的实现。出于这个原因，此外，还提出了使用快速原型工具的研究和方法建议，以加速DSP系统的实现过程。首先，研究了频率同步误差对OFDM系统性能的影响，研究了不同的同步方法，提出了在不降低性能的情况下甚至降低甚至提高计算效率的新方法。为此，将这些方法分为捕获和跟踪，然后将它们依次应用于基于分组的通信系统（例如802.11g / n或802.16d），基于连续传输的系统（例如DVB-T）以及期望的系统中。 LTE等出色的移动性。接下来，提出了一种用于多标准系统的频率同步的集成解决方案。为此，提出了允许重用其块的算法。这将有助于以较少的资源实现。本文提出了一种基于802.11g，802.16d，DVB-T / H和LTE的多标准系统中的频率监控技术。本论文的最后一个算法建议集中于针对802.16e标准的OFDMA多用户系统中的同步。尽管有一些方法可以获得很好的好处，但是它们需要大量的操作，因此实际上不可能在FPGA（本文中讨论的目标架构）中实现，同时还要考虑到同步只是更大系统的子系统。 。在这篇论文中，已经提出了一种迭代方法，其中以算法而言，以可能的最便宜的方式执行估计和校正。此方法也可以在所有可能的802.16e模式下工作。在对OFDM和OFDMA中的频率同步阶段进行了算法研究之后，提出了一种基于快速原型工具的实现方法，并解释了构建无线通信子系统时应采取的步骤。选择这种方法是因为它在原型开发中是惯用的，并且因为它允许在短时间内进行设计并获得结果。为此，已经实现了针对802.16d标准的CFO的捕获。这是频率同步的一个简单但非常必要的示例，它使显示所使用的方法更加容易。摘要本文主要研究OFDM，多标准OFDM和OFDMA系统中的频率同步问题。本文的目的是提出一种新的同步方案，与文献中的先前方法相比，该方法具有降低的计算复杂度，以便于在硬件中实现。特别是，硬件可重新配置的目标实现（FPGA）。因此，还分析和比较了基于快速原型设计工具的方法，这些方法减少了实施DSP系统所需的时间和精力。首先，研究并显示了载波频率偏移（CFO）的影响。该CFO降低了系统性能。因此，比较了以前的和新的频率同步方法。本文提出的方案在不降低性能的前提下降低了算法的复杂度。在某些情况下，它们甚至可以提高性能。评估采集和跟踪方案。根据基于分组的标准（如802.11g / n或802.16d）对它们进行了分析，对于DVB-T或LTE，则对它们进行了连续分析。结果，提出了一种用于多标准系统中的频率同步的集成解决方案。该系统实现以下技术：802.11n，802.16d，LTE和DVB-T / H。这种情况下的主要目标是在不同的基于OFDM的标准之间共享基本算法结构，从而允许在公共基带处理平台上进行高效实现和资源的高效利用。与802.16e标准一样，本论文中的最后一个算法建议集中在多用户OFDMA系统的频率同步上。尽管文献中有一些方法可以实现良好的理论性能，但是它们需要大量的计算，因此其FPGA实现变得不可行。此外，频率同步只是收发器内的子系统。在这篇论文中提出了一种迭代方案，其中以减少的计算量来执行频率偏移的估计和校正。这可以用于802.16e标准中提出的所有模式。一旦解决了OFDM和OFDMA系统中频率同步问题的算法问题，便提出并评估了使用快速原型工具的实现方法。解释了使用这些工具实施无线通信系统的必要步骤。选择该实现方法是因为它通常用于系统原型制作，并且可以在短时间内获得实现结果。特别地，实现了用于802.16d标准的CFO估计器。这是一个简单但非常必要的频率同步，有助于理解所使用的设计方法。

著录项

  • 作者

    González Bayón Javier;

  • 作者单位
  • 年度 2011
  • 总页数
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 spa
  • 中图分类

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