加速超宽带无线通信系统的定点设计

超宽带(OFDM UWB信号创建工具"target=_blank>UWB)无线技术即将取*公室和家中的高速数据传输网络。UWB技术未来能以每秒数百兆位的速度将数据传送至数公尺远，其主要应用领域包含了数字相机与计算机间的传输，以及DVD与高清电视(HDTV)之间的传输等。 超宽带（Ultra-Wideband，简称UWB）无线通信技术是一种高效的数据传输方式，尤其适合在办公室和家庭环境中建立高速网络。UWB技术能够以数百兆比特每秒的速度传输数据，距离可达数米，主要应用于数字相机与计算机、DVD与高清电视（HDTV）之间的数据交换。然而，UWB技术在实际应用中面临着低功率和高数据传输率的双重挑战，这直接影响硬件实现的难度和成本。 定点设计是UWB系统中关键的一环，因为它直接影响硬件的大小、成本和性能。定点字长的选取对硬件成本有显著影响，因为乘法器的硅片面积与字长的平方成正比。此外，字长和小数点的位置也关乎通信链路上的信噪比（SNR），提高1dB的信噪比可能使传输距离增加25%。定点设计虽然复杂且耗时，通常占据总开发时间的25%到50%，但它对于平衡UWB的传输范围和成本至关重要。 在本文中，作者介绍了使用Simulink进行UWB技术的定点设计方法。模型架构基于2003年提交给IEEE 802.15.3a的OFDM UWB提案，支持55至480Mbps的数据速率，最高强制数据率为200Mbps。模型分为二进制数据处理、数字基带处理、模拟前端和信道的基带模型四个部分，其中重点讨论了数字基带处理的定点设计。 OFDM发射机和接收机的定点设计是关键。发射机子系统将QPSK符号转换为OFDM符号帧，通过IFFT和增益模块执行定点算法，而接收机则包含了更多的定点运算，如循环处理、FFT、信道估计和补偿等，用于降低多径传播的影响。信道估计与补偿子系统通过简单的相位补偿策略来减少噪声，同时避免了复数除法和不必要的振幅补偿，以降低计算复杂度和资源需求。 在进行定点设计之前，需要一个浮点基准作为链路性能的上限。通过对浮点基准的仿真，可以确定信道信噪比，并排除定点影响下的符号失真。仿真结果展示了一个干净的星座图，表明相位补偿效果良好。 定点设计的方法主要包括为每个定点运算模块选择合适的字长和量化策略，这两个参数共同决定了信号的动态范围。字长的选择需要兼顾硬件成本和性能要求，量化则会影响信号质量。通过精心的定点设计，可以在满足系统性能的同时，优化硬件成本，以促进UWB技术在市场上的普及和应用。