• 沒有找到結果。

由於本論文是做硬體的設計與實現,在硬體設計與撰寫程式的過程中,常 常會遇到一些困難,必須要試著不斷的嘗試並解決問題,這也引發了我想將實作 的一些心得寫在這篇論文當中。

我們都知道,要由原本習慣以演算法來架構整個系統的話,要再跨越到硬 體設計這個領域上,是需要一些時間來適應的。在以演算法來架構系統上,通常 我們會以 MATLAB 或是 C 來做程式的撰寫,程式碼是以循序(sequential)的方式 執行的,對於方塊與方塊之間的連結相當的方便。但在硬體實現上,由於硬體語 言的執行方式是並進的(concurret),所以在硬體方面,我們會需要相當多的控制 訊號來控制整體的運作,隨著硬體的增大,這些控制訊號也會越來越複雜,這算 是硬體設計上比較大的門檻。另一個門檻則是從原本在 MATLAB 上浮點數的模 擬到 VERILOG 上所使用的必須為定點數來實現,我的做法則是在 MATLAB 上 修改原本浮點數的程式,變成以定點數所組成的程式。定點數的模擬比浮點數困 難許多,因為每一個乘法器,加法器,移位器的位元數都得考慮的很清楚才行。

而在定點數方面,不見得要把所有的值都變成是整數,這樣會造成與原本浮點數 的值相去過遠,在偵錯方面會太過困難。舉個例子,如果某數字為十進位數的 2.9,要將它以 7 個位元來表示,我們將其設定會 3.4 個位元(代表小數點前面有 3 個位元,後面有 4 個位元),我的做法是先將 2.9 乘上 2 的 4 次方後,再將小數點 省去,變為 46,再將 46 除回 2 的四次方,變為 2.875,而在二進位的表示上,

則為 010.1110。以 2.875 來當作我們經過定點數運算的值,與原本浮點數的程式 較為相近,在偵錯方面,就顯得容易多了。

以上實作心得只是在實作上的一個簡單的入門而已,硬體設計的技巧必須 要靠經驗的累積,最好的方法,還是實際的動手去做,並適實的請教有經驗的人,

才是最基本做實作的精神。

第5章 結論

在本篇論文中,首先對 TGn Sync 在 IEEE 802.11n 的提案中所介紹的 規格做一個說明,接著針對 802.11n 中前導訊號(preamble)的部分,包括封 包偵測、頻率偏移估計與補償、自動增益控制與通道估測等演算法做介 紹,並將這些演算法發展其架構用到之後所要設計的硬體上面。

在封包偵測(Packet Detection)方面,我們除了針對舊有且較常用的演 算法做介紹與比較,並針對其中一個較有效率的演算法發展其架構,並將 其本來所需要的除法器替換成另一個更省面積的比較器,而效能不致於差 太多。

在頻率偏移估計與補償(Frequency Offset Estimation and Compensation) 上,將原本在單天線輸入輸出(Single Input Single Output,SISO)推廣到多 根天線上面,並針對其效能做模擬。在實作上,我們也利用了 CORDIC 演 算法中不同的模式(MODE),來做頻率偏移角度上的估計,與補償時向量 的旋轉,架構上也嘗試著犧牲一些效能來節省面積。

而在自動增益控制(Auto Gain Control)上,由於在數位上只能做功率的 偵測,並回授給外面的類比放大器元件,所以我們只針對這部分做模擬的 分析,並說明在頻率交錯(Tone Interleaving)上估測功率的效能,會比沒有 做頻率交錯的效能來得好。而在整個系統加上 AGC 模擬方面,我們故意 讓通道參數放大五倍與縮小五倍,來測試我們 AGC 對整個系統的影響。

最後的通道估測(Channel Estimation)運作在頻域之上,在此除了解 釋,隨著天線數的增加,通道估計的效能也會越來越差,而可以以內插 (Interpolation)的方式來增加效能,根據模擬的結果,在 N 與

t

N 分別在

r 2,3 與 4 時,BER 在101上,平均可以提高 1.5 至 2dB 的效能。

隨著 MIMO-OFDM 的發展,由於天線數的增加,演算法變複雜的情況下,

計算量與硬體複雜度方面都大大的提高了,也造成功率節省上的不易。使用者對

於頻寬的需求是無止盡的,但我相信未來的目標除提高速度與頻寬之外,如何結 省成本,將是這個產品是否能在這個市場上長久生存的重要關鍵。

參考文獻

[1] IEEE Std 802.11®-1999 (Reaff 2003)

Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications

[2] Syed (Aon) Mujataba, IEEE802.11-04-0889, “TGn Sync Proposal Technical Specification”.

[3] Juha Heiskala, and John Terry, “OFDM Wireless LANs,”2001.

[4] Stefan H. Muller-Weinfurtner, “On the Optimality of Metrics for Coarse Frame Synchronization on OFDM: A Comparison,” 1998 IEEE.

[5] Moose, P.H.,” A technique for orthogonal frequency division multiplexing frequency offset correction,” Communications, IEEE Transactions on Volume 42, Issue 10, Oct. 1994 Page(s):2908 – 2914.

[6] van de Beek, J.J.; Sandell, M.; Borjesson, P.O.” ML estimation of time and frequency offset in OFDM systems,” Signal Processing, IEEE Transactions on [see also Acoustics, Speech, and Signal Processing, IEEE Transactions on]

Volume 45, Issue 7, July 1997 Page(s):1800 – 1805

[7] Allert van Zelst, and Tim C. W. Schenk.”Implementation of a MIMO OFDM-Based Wireless,” IEEE Transaction on Signal Processing, VOL.52,No.2,February 2004.

[8] Ray Andraka. “A survey of CORDIC algorithms for FPGA based computers”

[9] Ken Turkowski, Apple Computer “ Fixed-Point Trigonometry with CORDIC Iterations”, Jan 17,1990.

[10] Weinstein, S, Ebert, P. “Data Transmission by Frequency-Division Multiplexing Using the Discrete Fourier Transform,”Communications, IEEE Transactions on [legacy, pre - 1988]Volume 19, Issue 5, Oct 1971 Page(s):628 - 634

[11] James W. Cooley and Joh n W. Tukey, “An Algorithm for the Machine Calculation of Complex Fourier Series,” Math. Comp., vol. 19, pp.297-301,April 1965.

[12] Alan V. Oppenheim, Ronald W. Schafer, and John R. Buck, ”Discrete-time signal processing”, second edition, PRENTICE HALL SIGNAL PROCESSING SERIES, 1989, 1999.

[13] J. G. and Hannu Tenhunen, “Efficient VLSI implementation of radix-8 FFT algorithm,” IEEE Pacific Rim Conference on Communications, Computers and Signal Processing, pp468-471, 1999.

[14] Filippo Tosato and Paola Bisaglia, “Simplified Soft-Output Demapper for Binary Interleaved COFDM with Application to HIPERLAN/2”, 2002 IEEE.

簡歷

姓 名 : 莊秉卓 性 別 : 男

出生日期 : 民國 70 年 6 月 13 日 出生地 : 高雄市

學 歷 :

高雄市立五權國小 (1987.9~1993.6) 高雄市立五福國中 (1993.9~1996.6)

高雄市立中學 (1996.9~1999.6) 國立交通大學電信系 (1999.9~2003.6)

國立交通大學電信工程研究所碩士班(2003.9~2005.7)

公元2005年7月獲得碩士學位

相關文件