大容量微波通信中双极化天线接收关键技术研究

发布时间：2020-08-31 20:02

　　随着无线通信网络的发展和新型智能移动终端的涌现,人们对更高传输速度、更高清的音频质量和更多样的数据业务的需求日益高涨,微波回程链路面临超大业务容量的巨大挑战。为了实现高速数据可靠传输,通过综合高阶4096-QAM调制、低滚降因子、112MHz大带宽、交叉极化干扰消除器(Cross-Polarization Interference Canceller,XPIC)、视距多输入多输出(Line-of-Sight Multiple-Input Multiple-Output,LoS-MIMO)和双极化天线等多种容量提升技术,微波通信单载波112MHz带宽可提供高达2Gbps的信息传输能力。但是,高阶QAM调制和低滚降因子,导致相邻星座点的欧式距离变小,从而对定时偏差和交叉极化干扰尤为敏感。因此,本文针对大容量微波通信双极化天线接收中的符号定时恢复技术和交叉极化干扰消除器技术展开研究,具体研究成果如下:1.提出一种预滤波器辅助符号定时恢复算法以及一种双极化天线复用符号定时恢复方案:1)传统符号定时恢复算法难以使4096-QAM调制信号收敛,本文提出一种预滤波器辅助符号定时恢复算法解决该问题;2)传统微波通信双极化天线系统采用两个符号定时环路分别对两路极化信号进行定时恢复,造成了硬件资源浪费。因此,本文提出一种双极化天线复用符号定时恢复方案,该方案中两路极化信号通过复用一个定时环路以实现定时恢复,降低了硬件实现复杂度。仿真结果表明,相比于传统方案,所提方案收敛速度和BER性能几乎无损失。2.提出一种简化传统N-SBD的交叉极化干扰消除自适应算法:传统N-SBD算法中自适应更新公式包含指数运算和大量乘法运算,使得计算复杂度高、硬件实现难度大。通过简化误差函数的计算方式,本文提出一种简化N-SBD算法。所提算法利用相邻区间星座点差值的等值关系,对误差函数进行化简,并采用阶跃函数近似指数加权因子,避免了N-SBD算法中的复杂运算,极大地降低了计算复杂度,便于硬件实现。仿真结果表明,同等条件下,所提算法的收敛速度、收敛后的剩余稳态误差以及BER性能与N-SBD算法几乎无差距。3.将GMMA算法与XPIC结合:GMMA算法起初用于单天线自适应盲均衡,将接收信号收敛至多个模值。GMMA算法的突出优点在于,更多的模值参与误差更新,使代价函数与星座图更加匹配。本文将其与XPIC结合,用于4096-QAM调制信号的交叉极化干扰消除。
【学位单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN821.1
【部分图文】：

整体框架

搭建如图 5.8 所示的符号定时恢复 Simulink 内部整体框架，其展现了子模块层间的紧密联系和信息交互。以下逐个分析每个子模块层的内部结构，即分析具体实现层的计算流程。NCO 模块内部结构因为 NCO 模块在 STR 环路中起到关键的控制作用[16]，所以首先介绍该模块。

曲线,内部结构,模块

67因为 NCO 模块在 STR 环路中起到关键的控制作用[16]，所以首先介绍该模块。NCO 模块为数控振荡器模块，其 Simulink 建模内部结构如图 5.9 所示。该模块根据环路滤波器的输出 lfout 计算产生小数间隔 u、符号使能信号 symen1x 和二倍符号使能信号 symen2x。u 用于控制内插滤波器完成内插消除定时误差，symen2x 控制 TED模块计算定时误差，symen1x 控制内插滤波器输出单倍符号速率恢复信号的同时，控制环路滤波器工作。图 5.10 为定时偏差为 5ppm 时，Simulink 仿真时示波器 Scope_u观测的小数间隔 u 的变化曲线，其中，横坐标为时间，采样率为 1，所以，1 秒仿真1 个符号数；纵坐标为小数间隔 u 的幅值。由于其斜率反映定时偏差估计值变化，所以从它的锯齿状变化趋势可以看出 STR 正常工作。

变化曲线,内部结构,内插滤波器,小数

小数间隔的幅值时间(s)010.53 65 100 1 2 4 5Simulink 仿真时小数间隔变化曲线Interpolation 模块为内插滤波器模块，因为硬件实现需对实部和虚部分开处理，因此，需要两个 Interpolation 模块，内插滤波器采用 4 抽头的 32 阶抛物线内插滤波器，其内部如图 5.11 所示。c0、c1、c2、c3 用于存放内插滤波器系数。

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