【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,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)計與實現(xiàn),為大規(guī)模MIMO無線通信系統(tǒng)提供了一種數(shù)字中頻硬件平臺。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芯片和硬件平臺的研發(fā)現(xiàn)狀,分析了常用MIMO參考平臺的體系架構(gòu),結(jié)合現(xiàn)有的應(yīng)用場景確定了收發(fā)中頻頻率、信噪比、無雜散動態(tài)范圍、通道間一致性等指標(biāo)的具體需求。然后,詳細(xì)論證了時鐘抖動與模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換器的信噪比之間的關(guān)系,具體說明了時鐘同步性能對通道間一致性的影響。最后,對電路的收發(fā)通道的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行分析,明確了對器件采樣率和高速串行接口傳輸速率的要求。第二、設(shè)計和實現(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,對通道的同步性能進(jìn)行預(yù)算,對電路中的關(guān)鍵器件進(jìn)行分析,完成對巴倫和時鐘電路的仿真和優(yōu)化。最后,根據(jù)器件選型設(shè)計通道間同步接收和同步發(fā)射方案,確定電路的配置方式、時鐘網(wǎng)絡(luò)和總體功耗,完成具體電路的設(shè)計。第三、搭建硬件測試平臺,圍繞硬件電路收發(fā)通道的技術(shù)指標(biāo)展開測試和分析。首先,驗證信號處理單元和控制單元的功能,測試高速串行接口的性能。然后,測量時鐘、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量方案,完成通道間幅度和相位一致性進(jìn)行測試,根據(jù)指標(biāo)預(yù)算分析測試結(jié)果。本文設(shè)計實現(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,可實現(xiàn)收發(fā)通道間幅度一致性優(yōu)于0.25dB、相位穩(wěn)定度優(yōu)于5°。滿足高速率和波束成形的實際應(yīng)用需求,對MIMO無線通信硬件平臺的設(shè)計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)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN79
【圖文】：

測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�？偨Y(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)研究與驗證逡逑邐邋邋邐：邋［邐邋邐邐逡逑｜無線通信和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：驗證提供硬件平臺！逡逑ｆ邐，邐—邐ｆ邐，逡逑Ｉ邋ＭＩＭＯ無線通信的發(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，該平臺包含６４個天線單元，用于驗證大規(guī)模天線系統(tǒng)的可行性，Ａｒｇｏｓ測逡逑試平臺利用波束成形將原１２．７ｂｐｓ／Ｈｚ的頻譜利用率提升到３８ｂｐｓ／Ｈｚ，同時能夠?qū)㈠义习l(fā)射能量降低為原來的１／６４［２２］。２０１４年，Ｌｕｎｄ大學(xué)和美國國家一起公司（ＮＩ）聯(lián)逡逑合構(gòu)建了大規(guī)模ＭＩＭＯ天線測試平臺（ＬｕＭａＭｉ邋），該平臺基于軟件無線電系統(tǒng)實逡逑現(xiàn)，具有通用性和可擴(kuò)展性，包含１２８根天線，為實現(xiàn)實時處理大規(guī)模數(shù)據(jù)，該逡逑驗證平臺使用了高吞吐量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對硬件平臺的要求逡逑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，通過特定的調(diào)整過程，可以將發(fā)射端或接收端的多個天線用逡逑于形成一個完整的波束形態(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。幅度誤差只會導(dǎo)致旁瓣電平升氋，不會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)擾動相位）不僅會影逡逑響波束的指向還會影響旁瓣電平，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通道的絕對信道值一致，而是要保證和參考逡逑天線相對關(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)雜度低實現(xiàn)容易，但會造成器件的浪費(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因溫度、器件老化發(fā)生偏移，需要每隔一段時間校正逡逑一次。當(dāng)通道誤差中通道隨機(jī)擾動相位波動范圍過大時，通道校正無法完全校逡逑正，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)上述實驗過程，得逡逑到不同幅相誤差對應(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…．丨一無幅相＂ｉｌｌ．．邐邐Ｌ邐邐—無幅相誤差逡逑邐有幅相誤差邐ｊ邐／｜＼邋邋有幅相誤差逡逑

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本文編號：2805045