【摘要】：MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)憑借在信道容量和傳輸速率方面的巨大優(yōu)勢(shì),在民用5G通信和軍用陣列雷達(dá)中都有著廣泛的應(yīng)用前景。論文使用5G標(biāo)準(zhǔn)下3300～3600MHz頻段,根據(jù)MIMO硬件電路的需求,對(duì)幅度和相位一致性等關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行分析,完成32通道MIMO數(shù)字電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn),為大規(guī)模MIMO無(wú)線通信系統(tǒng)提供了一種數(shù)字中頻硬件平臺(tái)。主要內(nèi)容如下:第一、根據(jù)MIMO硬件電路的需求,確定了32通道數(shù)字中頻電路的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)。首先,調(diào)研了MIMO芯片和硬件平臺(tái)的研發(fā)現(xiàn)狀,分析了常用MIMO參考平臺(tái)的體系架構(gòu),結(jié)合現(xiàn)有的應(yīng)用場(chǎng)景確定了收發(fā)中頻頻率、信噪比、無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍、通道間一致性等指標(biāo)的具體需求。然后,詳細(xì)論證了時(shí)鐘抖動(dòng)與模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換器的信噪比之間的關(guān)系,具體說(shuō)明了時(shí)鐘同步性能對(duì)通道間一致性的影響。最后,對(duì)電路的收發(fā)通道的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行分析,明確了對(duì)器件采樣率和高速串行接口傳輸速率的要求。第二、設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)32通道MIMO數(shù)字中頻電路。首先,完成整體硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和模塊劃分,根據(jù)指標(biāo)要求完成核心器件的選型。然后,對(duì)通道的同步性能進(jìn)行預(yù)算,對(duì)電路中的關(guān)鍵器件進(jìn)行分析,完成對(duì)巴倫和時(shí)鐘電路的仿真和優(yōu)化。最后,根據(jù)器件選型設(shè)計(jì)通道間同步接收和同步發(fā)射方案,確定電路的配置方式、時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)和總體功耗,完成具體電路的設(shè)計(jì)。第三、搭建硬件測(cè)試平臺(tái),圍繞硬件電路收發(fā)通道的技術(shù)指標(biāo)展開(kāi)測(cè)試和分析。首先,驗(yàn)證信號(hào)處理單元和控制單元的功能,測(cè)試高速串行接口的性能。然后,測(cè)量時(shí)鐘、模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換器的關(guān)鍵性能指標(biāo)。最后,制定通道間幅度相位測(cè)量方案,完成通道間幅度和相位一致性進(jìn)行測(cè)試,根據(jù)指標(biāo)預(yù)算分析測(cè)試結(jié)果。本文設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一種32通道MIMO數(shù)字中頻電路,該電路支持32路收發(fā),100MHz帶寬,可實(shí)現(xiàn)收發(fā)通道間幅度一致性?xún)?yōu)于0.25dB、相位穩(wěn)定度優(yōu)于5°。滿(mǎn)足高速率和波束成形的實(shí)際應(yīng)用需求,對(duì)MIMO無(wú)線通信硬件平臺(tái)的設(shè)計(jì)具有一定的參考意義。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TN79
【圖文】：

測(cè)試通道間的幅度相位一致性和相位穩(wěn)定度。逡逑第六章是結(jié)束語(yǔ)。總結(jié)全文，為今后的工作提出建議。逡逑詳細(xì)結(jié)構(gòu)如圖１－１所示。逡逑３２通道ＭＩＭＯ數(shù)字電路逡逑關(guān)鍵技術(shù)研究與驗(yàn)證逡逑邐邋邋邐：邋［邐邋邐邐逡逑｜無(wú)線通信和ＭＩＭＯ技背[x弓＾＇Ｖ…Ｉ為大規(guī)模ＭＩＭＯ原理｜逡逑：術(shù)發(fā)展的相互影響｜邐：驗(yàn)證提供硬件平臺(tái)！逡逑ｆ邐，邐—邐ｆ邐，逡逑Ｉ邋ＭＩＭＯ無(wú)線通信的發(fā)丨！邋ＭＩＭＯ芯片和硬件平｜逡逑：邐展概況邐丨－…ｑ展概述與研究現(xiàn)５＞－－；臺(tái)研發(fā)現(xiàn)狀｜逡逑…－邐ｉｕ邐逡逑！數(shù)字中頻電路的總體ｉ邐辛卡！拔｜、驅(qū)此的、刑｜逡逑丨架構(gòu)和關(guān)謝旨標(biāo)ｉ？…ｔ姞分析核心器件的選型！逡逑二：：：：：：：：：：：：：：N二：：：：：：：：：：：：：：：二逡逑ｉ通道間收發(fā)同步方案丨＾案制定￣＾＾邋＇邋ａ／＊由歐仕的：逡逑Ｉ冊(cè)與指標(biāo)預(yù)算＿設(shè)ｉ十＾具體電路結(jié)構(gòu)頭現(xiàn)丨逡逑＂邋１

，ｃｅｒｇｏｓ平臺(tái)，該平臺(tái)包含６４個(gè)天線單元，用于驗(yàn)證大規(guī)模天線系統(tǒng)的可行性，Ａｒｇｏｓ測(cè)逡逑試平臺(tái)利用波束成形將原１２．７ｂｐｓ／Ｈｚ的頻譜利用率提升到３８ｂｐｓ／Ｈｚ，同時(shí)能夠?qū)㈠义习l(fā)射能量降低為原來(lái)的１／６４［２２］。２０１４年，Ｌｕｎｄ大學(xué)和美國(guó)國(guó)家一起公司（ＮＩ）聯(lián)逡逑合構(gòu)建了大規(guī)模ＭＩＭＯ天線測(cè)試平臺(tái)（ＬｕＭａＭｉ邋），該平臺(tái)基于軟件無(wú)線電系統(tǒng)實(shí)逡逑現(xiàn)，具有通用性和可擴(kuò)展性，包含１２８根天線，為實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)處理大規(guī)模數(shù)據(jù)，該逡逑驗(yàn)證平臺(tái)使用了高吞吐量ＰＣＩ邋Ｅｘｐｒｅｓｓ總線，傳輸速率最高可達(dá)３２ＧＢ／Ｓ［２３］。逡逑２．４大規(guī)模ＭＩＭＯ對(duì)硬件平臺(tái)的要求逡逑ＭＩＭＯ系統(tǒng)在波束成形為目標(biāo)的應(yīng)用中，其核心在于找到一個(gè)最優(yōu)的加權(quán)矩逡逑陣Ｗ。在ＭＩＭＯ的早期研究中，并不涉及“空間波束”的概念，而是“空時(shí)編碼”逡逑的概念。但是，在５Ｇ大規(guī)模ＭＩＭＯ研究中，“空間波束”的概念被廣泛應(yīng)用。逡逑在波束成形中，通過(guò)特定的調(diào)整過(guò)程，可以將發(fā)射端或接收端的多個(gè)天線用逡逑于形成一個(gè)完整的波束形態(tài)，從而使目標(biāo)接收／發(fā)射方向上的總體天線增益（或能逡逑量）最大化，或者用于抑制特定的干擾，從而獲得波束賦形增益。逡逑控相位差！

由圖２－２可知，幅相誤差會(huì)導(dǎo)致主瓣電平下降，旁瓣電平升高，造成波束指向逡逑出現(xiàn)一定的偏差，集成波束的性能降低。幅度誤差只會(huì)導(dǎo)致旁瓣電平升氋，不會(huì)逡逑影響波束的指向，相位誤差（包括通道間相位差和通道隨機(jī)擾動(dòng)相位）不僅會(huì)影逡逑響波束的指向還會(huì)影響旁瓣電平，二者都可以由通道校正進(jìn)行補(bǔ)償［２７］。逡逑通道校正的目的并不是保證每個(gè)通道的絕對(duì)信道值一致，而是要保證和參考逡逑天線相對(duì)關(guān)系相同。通道校正有兩種方式，一種是有源校正，另一種是自校正［２８］。逡逑有源校正算法復(fù)雜度低實(shí)現(xiàn)容易，但會(huì)造成器件的浪費(fèi)；自校正不需要占用額外逡逑的通道，但算法復(fù)雜度高實(shí)現(xiàn)困難，占用更多的邏輯運(yùn)算資源。逡逑而且通道間的相位差會(huì)因溫度、器件老化發(fā)生偏移，需要每隔一段時(shí)間校正逡逑一次。當(dāng)通道誤差中通道隨機(jī)擾動(dòng)相位波動(dòng)范圍過(guò)大時(shí)，通道校正無(wú)法完全校逡逑正，經(jīng)通道校正后通道誤差仍存在。降低幅相誤差參數(shù)，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)過(guò)程，得逡逑到不同幅相誤差對(duì)應(yīng)的波束圖像。逡逑３５邐ｊ邋｜邐３５邐ｊ邋＊邐｜邐｜邋ｊ逡逑，0邐邐＾邐森…．丨一無(wú)幅相＂ｉｌｌ．．邐邐Ｌ邐邐—無(wú)幅相誤差逡逑邐有幅相誤差邐ｊ邐／｜＼邋邋有幅相誤差逡逑

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2805045