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FBMC链路的设计与实现

发布时间:2020-08-25 13:18
【摘要】:由于采用优化的原型滤波响应,滤波器组多载波(Filter Bank Based Multicarrier,FBMC)的根本优点在于其优秀的频谱密度集中(或等价为旁瓣抑制)特性。由于对用户的同步要求较低,FBMC对于一些异步多用户场景非常有吸引力,如蜂窝系统的上行传输和感知无线电。基于上述背景,本文首先分析并推导了FBMC系统的数学模型,并对FBMC系统中的关键技术:同步技术、信道估计和峰均比(Peak-to-Average Power Radio,PAPR)抑制技术进行了研究分析。在符号定时同步技术上,分析了同步训练结构的生成方式,在信道估计技术上,分析了虚部固有干扰产生的原因,以及几种抑制虚部干扰的方法。为了克服FBMC系统存在PAPR较高的问题,本文提出了一种多数据块优化的部分序列传输(Improved Partial Transmission Sequence,IPTS)与载波预留(Tone Reservation,TR)的联合算法。根据FBMC符号的重叠特性,在传统的PTS算法上进行多数据块优化,并结合新型相位因子,在不增加边带信息的条件下保证了较低的PAPR。最后联合TR算法进一步抑制系统PAPR。通过理论分析和仿真实验结果,验证了IPTS-TR联合算法具有更优的PAPR的性能。其次,基于软件无线电平台完成FBMC发射机的搭建,分析研究GNU Radio软件平台,其中包括流图和模块的连接原理、自定义模块的编写和代码的调试方法。设计发射机总体框架,基于GNU Radio对发射机的关键模块进行设计与实现。最后,在对同步技术和信道估计的理论研究的基础上,设计一种可行的同步方案。该方案采用发射两个相同的训练序列进行符号定时同步,并且利用第二个训练序列进行信道估计。设计FBMC接收机整体框架,通过软件无线电平台,对接收机整体进行设计实现。完成FBMC发射机和接收机的设计之后,从算法功能模块的测试和系统总体性能进行测试分析,测试结果表明FBMC收发链路能实现物理层数据的发送和接收。
【学位授予单位】:重庆邮电大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:TN929.5
【图文】:

广播接收,流图


图 3.3 FM 广播接收器 GRC 流图GRC 流图是由若干个模块连接而成,每个模块可自定义处理不同数据类型的数据流,每个流图必须包含一个信源模块和信宿模块。GRC 流图由信号处理模块和模块之间的数据流组成,模块是由 C++语言编写,实现数字信息的处理。而模块与模块之间连接以及整个流图运行是通过 Python 语言编写的。因此,C++和 Python之间的接口转换需要一个工具来实现。简化封装和接口生成器(Simplified Wrapperand Interface Generator, SWIG)就是用来完成以上功能。表 3.1 列举了几条关于 GRC流图的控制函数。表 3.1 GRC 流图中控制函数控制函数 功能说明run() 运行 GRC 流图,但是会自行停止start() 运行 GRC 流图,不会自动停止stop() 停止正在运行的 GRC 流图

模块文件,命令行,文件夹


ntu 16.04 版本,GRC 流图采用 GNU Radio Companion 3.7.9 模块所需的文件,在终端输入命令:gr_modtoolnewmodadd下生成一个文件夹:add,该文件夹包括的子文件夹有 lib/、pyth/、docs/和 cmake/。开发者用 C++编写的数字信息处理的源文include/是 API 接口头文件,python/包括未安装的测试单元块,SWIG 完成 python 对 C++的调用,这其中需要一些指令放在 python/,模块编写完成后,对模块进行描述和安装,需件存放在 grc/。docs/文件夹中包含一些说明,如何从 C++文取文件的说明(使用 Doxygen 和 Sphinx 来完成),并确保码中有效。当然,开发者可以添加自定义的文件在这里。cmak如何找到 GNU Radio 的库等一些说明。步添加文件所需的文件模板,其创建的命令行如图 3.4 所示:

代码段,构造函数,参数表示,端口数


第三步编写 lib/中源文件和头文件,首先编写 add_impl.cc 源文件,修改构造函数 add_cc_impl(),其代码段为:图 3.5 构造函数代码段代码中 gr_io_signature 是对模块的输入和输出流进行说明,make()三个形参分别代表数据流的最小端口数、数据流的最大端口数和数据流的数据类型。gr::bloc 中的第二个参数表示输入流的定义,第三个参数表示输出流的定义。修改 general_work(),该函数为线程的入口函数,其代码段如图 3.6 所示。

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本文编号:2803741

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