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基于稀疏码分多址的SEFDM通信系统设计与实现

发布时间:2020-07-16 15:22
【摘要】:随着时代的发展,人们对无线通信的依赖程度与日俱增,对无线通信技术提出了更高的要求。为了满足需求,不仅需要通信系统使用更高效的传输体制,同时也需要使用更宽的带宽,占用更多的资源。目前频谱资源已经到了十分短缺的地步,要保证能够对频谱有着较高的利用效率,才能够更好的迎合海量用户日益增长的无线通信需求。稀疏码分多址的SEFDM通信系统,结合了稀疏码分多址容纳多用户,SEFDM传输速度快、频谱利用率高的优点,能够满足目前无线通信发展的需求。本文基于稀疏码分多址的SEFDM通信系统,着重研究其低复杂度、高可靠的解调算法,并且利用软件定义无线电设备进行了实现。首先,本文对课题背景进行了分析,确立达到目前无线通信系统发展过程中海量用户接入、高传输速度与高频谱效率要求,确定了基于稀疏码分多址的SEFDM通信系统设计方案。其次,对基于稀疏码分多址的SEFDM通信系统进行建模,分为发射机与传统接收机两个部分。发射机部分对稀疏码分多址调制过程、子载波映射过程与SEFDM调制的过程进行数学建模。接收机部分,使用了经典的级联解调方案,从接收的信号解调流程角度,对接收机使用的系数码分多址与SEFDM传输方案的典型解调算法,进行了建模与仿真,给出了实际的仿真图,并且对仿真结果进行了分析。根据传统接收机结构存在的解调问题,将接收机设计的重点放在高可靠与低复杂度检测两个方向上。本文提出了两种新型联合解调算法,并且对这两种解调算法的系统模型进行了描述。这两种算法降低了解调算法的复杂度,还针对硬件实现进行了优化,加速解调算法的运行速度。仿真了所提解调算法的性能,对两种算法的性能进行了分析。最后,使用USRP设备对系统进行实现,提出了联合正交与非正交的帧结构设计方案,解决非正交传输过程中信道估计受符号间干扰的问题,完成了基于此帧结构的信号包判决、时频域的误差估计与同步算法。使用USRP实际收发系统的搭建,并且测试实际参数。经过实际系统的测试分析,表明了在需要海量用户接入、高速信息传输和高频谱效率场景下,论文所设计的发射机和接收机模块能够很好地支撑系统的运行。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:TN929.5
【图文】:

数字上变频,幅频响应,滤波器组


要注意的是第一、二级内插器使用了 FIR 内插法,实际设计中也需要进行 FIR 滤波器的设置。图4-2中给出了以 2cf MHz时的滤波器幅频响应图,图中一共有三个滤波器,其中的参数设计在章节 4.4 中进行详细的介绍。图 4-2 数字上变频滤波器组的幅频响应图( 2cf MHz)数字下变频(Digital Down Converters, DDC),该部分是将经过 A/D 转换器采样下来的中频数字信号,变为可以解调模块使用的基带信号。DDC 主要由数字控制振荡器,还有混频器与滤波器等部分组成。在实际设计 DDC 时,首先需要明确IFf ,和 DUC 类似 DDC 中也使用了分级滤波的思想,其中按先后分别使用了 CIC抽样器、CIC 补偿器与 FIR 抽取滤波器,需要注意的是在实现过程中每个 CIC 的倍数不能产生明显的跃升

流程图,数字下变频,滤波器组,幅频响应


晶体振荡器图 4-3 数字下变频流程图图 4-3 中分为四个滤波器模块。首先使用数字振荡器对信号进行从预设的中频IFf 到基带信号的搬移,其中2IFIFf 。之后分为三个阶段分别对信号进行降采样。首先经过 CIC 抽样器,对信号进行 M 1倍降采样,再通过 CIC 补偿器进行 M 2倍降采样,最后送入第三阶段的 FIR 滤波器中,进行最后的 M 3倍降采样,输出信号为复数信号。图 4-4 中对实际信号的数字下变频系统设计的滤波器进行了描述,其幅频响应图能够对滤波器的性能进行刻画,需要注意的是该滤波器组的总下采样倍数与DUC 中的总倍数相同,滤波器组参数的具体设置将在章节 4.4 中进行详细的介绍。

示意图,循环前缀,示意图,序列


哈尔滨工业大学工程硕士学位论文练序列为 S _ k 13/6*[0,0,1 j,0,0,0, 1 j,0],该序列有对该短序列进行 IFFT 变化,之后进行复制相同的 10 个进一侧,进行相关性检验即可在短序列中获得很强的互相关练序列如下L_k所示,该 序列继续宁 IFFT 后进行了序1,-1,1,-1,1,1,1,1,1,1,-1,-1,1,1,-1,1,-1,1,1,1,1,0,1,-1,-1,1,1,-1,1,-1,1,-1,-1,-1,-1,-1,1,1,-1,-1,1的L_k(6) 、L_k(19)、L_k(25)、L_k(31)、L_k(44)的位置分别插有利于系统进行信道估计,需要注意的是该导频序列在数插入,位置上和长序列中导频的插入位置相同。将序列Pilo频序列。中经过调制之后,因为基于稀疏码分多址的 SEFDM 系统实际传输的系统中不能允许如此高的 PAPR,所以本次设计取两种方式降低 PAPR,首先是引入信号的循环前缀(Cy 所示。

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本文编号:2758169

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