毫米波通信中多载波传输技术研究及系统实现

发布时间：2020-11-18 17:57

　　 移动互联时代,伴随着智能终端的普及以及飞速增长,人们对低时延、高速率、大容量无线通信系统的需求日益强烈。现有的无线通信系统受频谱资源的限制,在传输速率上很难有提升空间。毫米波多载波无线通信系统凭借其丰富的频谱资源,更高的频谱利用率和抗多径能力,已然成为当下无线通信的一个研究热点。毫米波系统超高带宽和采样率,同样给系统实现带来了诸多挑战。2012年9月,IEEE成立任务组TGaj,专门针对中国毫米波频段制定下一代无线局域网标准。本文基于NI-PXIe毫米波平台,设计搭建了一套IEEE 802.11aj(45GHz)标准毫米波OFDM系统,并对系统中的关键技术进行研究分析。论文的主要工作如下:1.回顾毫米波无线局域网系统相关背景知识,对IEEE 802.11aj(45GHz)标准物理层特性、系统参数和基带处理相关技术展开研究。分析介绍了NI-PXIe毫米波系统平台,评估硬件资源,包括存储能力、计算能力、数据交互能力、支持带宽和时钟等,结合毫米波OFDM系统中各模块的性能指标要求,进行系统硬件架构设计。系统硬件实现中,良好的硬件架构能保障系统稳定正确运行。2.毫米波系统具有超高的带宽和采样率,传统基于串行数据流的LabVIEW FPGA硬件设计方法FPGA处理时钟已经不能满足系统要求。本文在系统设计时,提出一种适合毫米波OFDM系统的并行处理方案,该方案在发射端基带处理前对数据进行串并转换,基带数据并行处理完之后,通过高速DAC进行并串数模转换;接收端同样利用高速ADC对数据进行串并模数转换,基带数据并行处理完之后对数据进行并串转换,恢复出“原始数据”。该方案能有效的降低基带处理FPGA时钟需求,提升系统传输速率。3.针对毫米波OFDM系统对相位噪声和频偏敏感问题,提出一种适合毫米波OFDM系统的T/2分数间隔频域均衡(FS-FDE)方法,对同步之后数据进行间隔抽取,利用估计得到的分数间隔信道矩阵进行分数间隔频域均衡。通过matlab系统仿真对比分析了FS-FDE算法与普通均衡算法的性能,仿真和硬件实测结果显示FS-FDE能合理地利用系统升采样分集增益,有效地降低系统相位噪声干扰,改善系统误比特性能。4.针对毫米波OFDM系统中均衡之后信号存在剩余相位偏差现象提出相位校正设计方案,利用收发导频子载波估计相位偏差补偿因子并对数据进行补偿。通过matlab仿真对算法进行性能分析。硬件实测相位校正前后的数据,对比星座图性能,验证了该算法能有效地改善由剩余相位偏差引起的星座图旋转现象。5.基于NI-PXIe毫米波平台,开发设计毫米波OFDM实时视频通信系统。参照IEEE802.11aj(45GHz)标准分组结构和系统并行设计方案进行帧格式设计。系统实现上,提出一种基于时序控制的LabVIEW FPGA硬件设计方案,该方案在发射和接收基带处理之前先根据帧头和帧格式生成时序控制信号,基带处理模块通过判断时序控制信号来进行对应的处理,与传统模块之间基于FIFO数据存储的FPGA硬件设计方案相比,时序控制方案能有效的节省FPGA存储资源,提升系统的可靠性。系统基带处理实现了加/解扰码、星座点映射/解映射、IFFT/FFT、同步、信道估计与均衡、相位校正等模块。通过视频实时演示,从传输速率、星座图、误码率、EVM以及视频清晰度等方面对系统进行测试与分析。测试结果表明该毫米波OFDM系统不仅具有较好的实时性和稳定性,还具有超高传输速率和低误码率。
【学位单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN928
【部分图文】：

图 3-1 机箱 PXIe-1085 实物图性能 FPGA 处理模块 PXIe-7902Ie-7902 FPGA 模块是基于 Xilinx Virtex-7 485T 构建的功能强大的处A 适用于处理计算密集型应用，例如毫米波物理层。此模块能以 PC

图 3-2 PXIe-7902R FPGA 模块（左）与系统框图（右）3.2.3 高性能 FPGA 处理模块 PXIe-7976R FlexRIOPXIe-7976R 包含一块 Xilinx Kintex-7 410T FPGA，内存 DRAM 为 2GB，具有非常强的实时数据处理能力。PXIe-7976R 模块可独立运行，支持点对点数据传输，即与其他

图 3-3 PXIe-7976R PlexRIO 模块实物图（左）与系统图（右）3.2.4 高性能 DAC 与 ADC图 3-4 为 PXIe-3610 DAC，图 3-5 为 PXIe-3630 ADC。两者均可通过 4 个 MCX 前面板接头来连接模拟基带差分 I/Q 对。这些模块可连接起来，组成一个基带环回测试系
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本文编号：2889013