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高清数字电视、高清家庭影院、高保真数字音频等新型多媒体技术的涌现,USB 2.0、HDMI (High Definition Multimedia Interface)等高速接口技术的发展以及智能手机、笔记本电脑、机顶盒、数码游戏机等消费类数字终端的普及孕育和推动了一个崭新的无线技术应用市场-无线个域网。超宽带(Ultra-Wide Band,UWB)技术以其高数据传输率、高频谱利用灵活性、低能耗、低成本、干扰小以及抗干扰能力强等特点迅速成为了无线个域网这一新型短距离高速无线通信应用的首选技术方案。随着2002年美国联邦通信委员会正式批准超宽带技术民用并颁布其频谱规范,超宽带成为学术界和工业界研究的热点。基于多带正交频分复用(Multi-Band Othorgonal Frequency Division Multiplexing, MB-OFDM)技术的超宽带方案被国际标准组织采纳,成为超宽带国际标准(ISO-26907),并被选为无线USB、蓝牙3.0等新型高速无线接口的物理层方案。中国无线电管理委员会于2008年发布了中国超宽带技术频谱使用规定。针对该规定,国家标准化管理委员会制定超宽带中国国家标准,并选择基于双载波正交频分复用(Dual-Carrier OFDM, DC-OFDM)技术的超宽带方案作为中国超宽带标准的技术规范。作者在对超宽带技术发展现状进行调研和分析后,发现超宽带技术的推广和普及面临三大关键挑战：1)功耗和成本的降低,现有超宽带芯片较高的功耗和成本严重限制了该技术在手持式设备以及消费电子产品中的应用,是超宽带技术市场推广的瓶颈所在；2)传输速率的提升,多媒体技术的迅速发展以及新型无线技术(IEEE 802.15.3c、IEEE 802.11n)内不断涌现给超宽带技术的数据传输能力提出了更高的要求和挑战：3)标准的融合,目前超宽带标准存在多种技术方案并存的现象,如何从芯片设计的角度进行标准的融合将成为超宽带技术全球化推广的关键;针对这三个技术难点,本文研究OFDM超宽带系统中数字信号处理及其VLSI实现的关键技术,设计了低能耗、低复杂度、高性能的关键信号处理模块,并提出兼容超宽带国际、国家标准的双模数字基带芯片方案。快速傅里叶变换(Fast Fourier Transformation, FFT)/反变换(Inverse FFT, IFFT)是超宽带系统中进行OFDM调制、解调的关键信号处理模块,影响系统的数据传输可靠性,决定超宽带芯片的功耗和面积。基于8×8×2混合基的128点FFT算法,作者提出能同时提高数据吞吐率和硬件应用率的八路并行延迟反馈VLSI结构,并设计能显著降低功耗的无乘法旋转因子计算模块。硅芯片实现及测试结果表明,本文提出的FFT/IFFT处理器设计技术能减少49%的功耗和53.5%的硅面积。针对低成本OFDM超宽带芯片实现中而临的严重模拟前端非理想因素于扰,本文从信号数学模型的角度分析载波频偏、采样频偏和I/Q失配对OFDM超宽带系统的联合影响,并首次提出了完整的模拟前端非理想因素估计和补偿方案。该方案包括：1)能有效对抗严重I/Q失配的时域载波频偏估计算法；2)基于部分相位补偿的时域I/Q失配估计方法；3)两步式时域载波频偏和I/Q失配联合补偿机制；4)频域高精度采样频偏估计和补偿算法。系统仿真结果表明,本文提出的方案能保证超宽带芯片低成本实现前提下的数据传输可靠性。多输入多输出技术(Multiple-input Multiple-ouput, MIMO)是下一代超高速超宽带系统中的关键技术。针对接收机中的MIMO信号检测,作者提出新型预删除K-Best算法。该算法在保持近最大似然(near-Maximum Likelihood, near-ML)检测性能的同时,有效减少传统K-Best算法中81%的计算量。针对预删除K-Best算法作者进行VLSI实现技术研究,提出多级并行折叠结构、计算复用技术、两级排序技术以及实轴星座点搜索技术。利用这些技术,本文实现了能支持2×2/3×3/4×4、QPSK/16-QAM/64-QAM的多模信号检测芯片,其数据吞吐率突破1Gbps,能耗为115 pJ/bit。该芯片为公开报道的MIMO信号检测芯片中速率最高,能耗最小最后,在详细分析超宽带国际标准和中国国家标准技术方案异同的基础上作者完整地提出了低复杂度的双模数字基带信号处理算法、芯片体系构架和时序规划,详细阐述了在两种标准模式下的硬件复用方法和具体复用模块信息。基于通用FPGA平台,作者设计了一套OFDM超宽带数字基带验证和演示系统,并使用0.13μm CMOS工艺进行双模数字基带芯片的VLSI设计方法研究。设计和验证结果表明,本文所提出的各种信号处理算法和VLSI电路结构均达到预期要求,有良好的实际应用价值。