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研究生:孟繁瑋
研究生(外文):Fan-Wei Meng
論文名稱:超寬頻多頻帶正交分頻多工系統下窄頻干擾消除方法之DSP實現
論文名稱(外文):DSP Implementation of Narrowband Interference Cancellation Algorithms for MB-OFDM Based Ultra-Wideband Communication System
指導教授:鄭立德
指導教授(外文):Li-Der Jeng
學位類別:碩士
校院名稱:中原大學
系所名稱:電子工程研究所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2009
畢業學年度:97
語文別:中文
論文頁數:65
中文關鍵詞:窄頻干擾超寬頻系統數位信號處理器多頻帶正交分頻多工系統
外文關鍵詞:digital signal processorultra-widebandnarrowband interferencemultiband orthogonal frequency division multiplexing
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由於在超寬頻多頻帶正交分頻多工(multiband orthogonal frequency division multiplexing ultra-wideband , MB-OFDM UWB)系統的傳輸環境下,和全球互通微波存取(worldwide interoperability for microwave access , WiMAX)此系統有著相同的傳輸頻段,因而造成了這兩種共存的通訊系統在傳輸頻譜上的重疊;而根據系統的特性,全球互通微波存取造成了一個相對的窄頻干擾於超寬頻多頻帶正交分頻多工系統,並降低了系統的效能。有鑑於此,針對在接收端前使用的窄頻干擾消除演算法,已被廣泛的研究並驗證[1],其可以顯著的降低系統錯誤率,改善系統效能。
此論文將上述超寬頻多頻帶正交分頻多工系統的傳輸環境搭配三種窄頻干擾(narrow-band interference,NBI)消除的演算法: 可適性最小均方誤差濾波器(LMS adaptive filter)、陷波濾波器(Notch filter)與頻譜轉移(Band dropping),分別定義了浮點數與定點數運算並完整的程式化,下載至由德州儀器公司所生產的TMS320C6713 數位信號處理發展板(digital signal processor starter kit,DSK)中進行模擬與實現。過程中,根據此數位信號處理器的特性以及運算能力修改程式結構,已達到最有效率的處理程序。最後根據實驗結果,分析三種窄頻干擾演算法在處理效能、佔用的硬體資源上等比較,藉此提供現實環境中硬體實現的參考。
The multiband orthogonal frequency division multiplexing ultra-wideband (MB-OFDM UWB) system suffered from the narrowband interference (NBI) due to the presence of coexistence communication system, such as worldwide interoperability for microwave access (WiMAX). If we deal with the NBI problem before the receiver, the performance of MB-OFDM UWB system can be significantly improved. The NBI cancellation algorithms have been proposed and verified, which could mitigate the interference efficiently [1]. In this paper, the Digital Signal Processor (DSP) implementation of three NBI cancellation algorithms are presented to improve the performance of MB-OFDM UWB system. We implemented the algorithms in both floating point and fixed point arithmetic using the TMS320C6713 DSP Starter Kit (DSK) from "Texas Insturment Inc.", and we optimized the algorithms to meet the realistic restriction, in terms of execution speed, code length and accuracy. Finally, some statistics such as resource occupied and time consumed are compared in Code Composer Studio™ (CCS) profile.
目錄
摘要 I
ABSTRACT II
誌謝 III
目錄 IV
圖目錄 V
表目錄 VII
第一章 緒論 1
1.1 研究動機 1
1.2 本文架構 3
第二章 系統模型 4
2.1 超寬頻多頻帶正交分頻多工系統簡介 4
2.2 超寬頻多頻帶正交分頻多工的系統規格 9
2.3 超寬頻多頻帶正交分頻多工系統之干擾環境 16
2.4 窄頻干擾消除演算法 19
2.4.1 可適性最小均方誤差濾波器 LMS adaptive filter 19
2.4.2 陷波濾波器 Notch filter 21
2.4.3 頻譜轉移 Band dropping 22
第三章 DSP開發平台與原理 24
3.1 數位訊號處理器的比較與分類 24
3.2 TI TMS320C6713 DSP STARTER KIT簡介 26
3.3 TI TMS320C6713 DSP 核心 29
第四章 DSP實現設計 32
4.1 硬體與軟體流程 32
4.2 程式碼最佳化 40
4.3 浮點與定點運算 45
4.4 實現結果討論 48
第五章 結論與展望 52
參考文獻 53
附錄[1] : PROFILE的使用 55
附錄[2] : 編譯器的最佳化等級 57

圖目錄
圖 1-1 MB-OFDM UWB系統與WiMAX系統的頻譜重疊 2
圖 1-2 MB-OFDM UWB系統與WiMAX系統的操作干擾環境 2
圖 2-1 MB-OFDM UWB系統的頻譜分佈 4
圖 2-2 MB-OFDM UWB系統的傳輸架構 6
圖 2-3 MB-OFDM UWB系統的接收架構 6
圖 2-4 MB-OFDM UWB系統的跳頻示意圖 7
圖 2-5信號間的交錯 8
圖 2-6載波間的交錯 9
圖 2-7循環平移 9
圖 2-8 IEEE的傳輸規範分類 10
圖 2-9 摺積編碼的架構 12
圖 2-10冗員位元消除的詳細流程 13
圖 2-11正交相位鍵移調變編碼星座圖 14
圖 2-12子載波分佈 14
圖 2-13 OFDM信號模型 15
圖 2-14保護區間使用於信號傳送示意圖 16
圖 2-15 MB-OFDM UWB信號在sub-band group#1的PSD 18
圖 2-16窄頻干擾於MB-OFDM UWB系統sub-band group#1的PSD 18
圖 2-17可適性最小均方誤差濾波器 20
圖 2-18陷波濾波器 21
圖 2-19使用MATLAB filter designer SPTool 設計的陷波濾波器 21
圖 2-20陷波濾波器的spectrum gap 22
圖 2-21使用頻譜轉移的位元錯誤率 23
圖 3-1 TMS320C6713 DSP Starter Kit 26
圖 3-2 TMS320C6713 DSP Starter Kit架構 28
圖 3-3 TMS320C6713 DSP Starter Kit的位址映射表 29
圖 3-4 C6713數位信號處理器的核心 30
圖 4-1搬運資料結構 34
圖 4-2 C6713 EDMA通道與觸發信號的對應 35
圖 4-3數位信號處理器程式設計流程 36
圖 4-4 CCS內部流程 36
圖 4-5 CSL的晶片架構與BSL的平台架構 38
圖 4-6 C6713 DSK Diagnostics Utility v3.1 39
圖 4-7程式最佳化的設計流程 40
圖 4-8單精度的架構 46
圖 4-9使用不同量化的錯誤率表現 48
圖 4-10 BER比較: 軟體(C) VS 硬體 (C6713 DSK) 50
圖 A-1設定Profile 53
圖 A-2設定觀察範圍 54
圖 A-3 Profile統計結果 54
圖 B-1 CCS內的最佳化等級 55

表目錄
表2-1 MB-OFDM UWB系統詳細的頻段分佈 5
表2-2長度6的時-頻碼(time frequency code,TFC) 7
表2-3各速率下的擴展因子(Spreading Gain) 11
表2-4各傳輸速率下的編碼率 12
表2-5正交相位鍵移調輸入輸出 14
表2-6系統模擬相關參數 15
表2-7模擬參數 17
表2-8頻譜轉移對應的時-頻碼 23
表3-1 C67x的周邊群組 31
表4-1 big-endian 32
表4-2 little-endian 32
表4-3資料型態的定義 33
表4-4各種指令型態所耗費的時脈數 42
表4-5 Q格式與S格式表示法 47
表4-6三種干擾消除演算法在DSP上的效能表現(未最佳化) 49
表4-7可適性最小均方誤差濾波器在DSP上的效能表現 (最佳化) 49
表4-8陷波濾波器在DSP上的效能表現 (最佳化) 49
表4-9頻譜轉移演算法在DSP上的效能表現 (最佳化) 50
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[16] Texas Instrument, “TMS320C6000 CPU and Instruction Set Reference Guide” October 2000.

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[19] 盧怡仁、蔡偉和, “單晶片於數位信號處理的應用” 文魁資訊,ISBN 978-986-204-067-6, 2007/10

[20] 陳宏宇, “DSP程式設計” 文魁資訊,ISBN 986-125-294-0, 2004/07
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