基于FPGA的单信道全双工无线通信系统中数字自干扰消除设计与实现

发布时间：2017-05-27 05:21

  本文关键词：基于FPGA的单信道全双工无线通信系统中数字自干扰消除设计与实现，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：如何进一步提高有限的无线频谱利用率一直是无线通信领域的研究重点,研究者也一直致力于研究各种节约无线频谱资源的新技术和算法,本文研究的单一信道全双工无线通信技术可以在同一频段同一个时隙收发数据,理论上可使系统的有效吞吐量增加一倍,很大程度提高了无线频谱利用率。然而,作为发展不久的新技术,单信道全双工无线通信技术面临着各种问题。单信道全双工无线通信系统中,节点的接收端不仅会接收到远端节点发送的有用信号,同时也会接收到节点自身发射的信号,节点自身发送的信号会干扰节点自身接收信号。由于远端节点的有用信号经过长距离的空中传输功率损耗很大,这样有用信号功率将远小于自干扰信号功率,在通过接收机的模数装换器(ADC)时,自干扰信号会占据ADC的大部分动态范围,而远端节点的有用信号会完全淹没在自干扰信号中,以至于无法解码有用信号。因此,要实现单信道全双工无线通信,就必须最大化的消除自干扰信号,这是近几年该技术研究的主要方向。本文研究各种自干扰消除技术的发展情况,重点研究了基于信道估计的自适应数字自干扰消除技术,且使用FPGA搭建了数字基带通信系统,并实现了基于LMS自适应滤波器的数字自干扰消除模块。研究了数字接收机和发射机的设计原理,详细介绍了升余弦滤波器、符号同步、LMS算法、估计信道、帧同步和数字自干扰消除的FPGA实现,同时给出了载波同步环的FPGA具体实现过程,提出了基于自适应信道估计的自干扰消除的单信道全双工无线通信系统整体设计方案,且对设计方案做了性能分析。
【关键词】：单一信道全双工 数字自干扰消除 自干扰信号 信道估计 LMS
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN92;TN791
【目录】：

• 摘要8-9
• ABSTRACT9-11
• 第一章 引言11-17
• 1.1 研究背景及意义11-14
• 1.2 国内外发展及研究现状14-15
• 1.3 论文主要工作及章节安排15-16
• 1.4 本章小结16-17
• 第二章 单一信道全双工无线通信系统17-24
• 2.1 系统介绍17-18
• 2.2 自干扰信号消除18-23
• 2.2.1 模拟自干扰消除技术18-22
• 2.2.2 数字自干扰消除技术22-23
• 2.3 本章小结23-24
• 第三章 基于FPGA的数字基带通信系统设计和实现24-38
• 3.1 数字基带通信系统原理24-27
• 3.1.1 发射机原理24-25
• 3.1.2 数字接收机原理25-27
• 3.2 发射机的FPGA实现27-33
• 3.2.1 信源和调制映射的FPGA实现27-29
• 3.2.2 平方根升余弦滤波器的FPGA实现29-33
• 3.3 数字接收机的FPGA实现33-36
• 3.3.1 符号同步的FPGA实现33-35
• 3.3.2 译码的FPGA实现35-36
• 3.4 数字基带通信系统整体设计36-37
• 3.5 本章小结37-38
• 第四章 自适应数字自干扰消除的FPGA实现38-63
• 4.1 自适应数字自干扰消除的实现原理38-40
• 4.2 LMS自适应算法40-48
• 4.2.1 LMS算法的基本原理40-41
• 4.2.2 LMS算法的FPGA实现结构41-42
• 4.2.3 FPGA实现LMS算法的截位方法和字长确定42-44
• 4.2.4 LMS自适应算法的FPGA实现44-48
• 4.3 估计信道的实现48-57
• 4.3.1 估计信道的FPGA实现48-51
• 4.3.2 数字AGC的FPGA实现51-57
• 4.4 帧同步的FPGA实现57-61
• 4.5 数字自干扰消除的FPGA实现61-62
• 4.6 本章小结62-63
• 第五章 单一信道全双工无线通信系统整体设计与分析63-69
• 5.1 系统整体设计63-67
• 5.2 系统分析与展望67-68
• 5.3 本章小结68-69
• 第六章 载波同步的FPGA设计与实现69-82
• 6.1 载波同步概述69
• 6.2 同相正交环原理69-71
• 6.3 同相正交环的FPGA实现71-81
• 6.3.1 数字下变频器的FPGA实现71-74
• 6.3.2 低通滤波器的FPGA实现74-76
• 6.3.3 鉴相器的FPGA实现76-77
• 6.3.4 环路滤波器的FPGA实现77-81
• 6.4 本章小结81-82
• 参考文献82-86
• 致谢86-87
• 攻读硕士学位期间的研究成果87-88
• 附件88

【共引文献】

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本文编号：398938