本文關(guān)鍵詞： 第五代移動(dòng)通信 毫米波技術(shù) 信道測(cè)量 模擬基帶數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng) MIMO-OFDM 系 統(tǒng)　出處：《東南大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：隨著第五代移動(dòng)通信(5G)研究的廣泛開展,作為5G核心技術(shù)之一的毫米波大規(guī)模MIMO技術(shù)受到廣泛的關(guān)注。該項(xiàng)技術(shù)結(jié)合了毫米波通信技術(shù)與大規(guī)模MIMO技術(shù),優(yōu)點(diǎn)突出:更大的信道帶寬可以使用戶更容易獲得幾十GBPS的傳輸速率;波長短、天線陣列尺寸小可以更容易實(shí)現(xiàn)大規(guī)模MIMO技術(shù)。MIMO技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)是無線通信特性,信道模型是關(guān)鍵。在毫米波頻段,由于其尚未被廣泛應(yīng)用,并且昂貴的測(cè)試設(shè)備和極少的測(cè)試手段匱乏且昂貴,所以毫米波頻段MIMO信道模型遠(yuǎn)不如低頻段成熟。信道測(cè)量和建模的基礎(chǔ)就是信道測(cè)量平臺(tái),測(cè)量平臺(tái)的性能直接決定了測(cè)量的范圍、測(cè)試的手段和結(jié)果建模的準(zhǔn)確性。同時(shí),毫米波頻段帶寬寬,傳輸速率更高,需要更高速的基帶數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。因此,本論文先設(shè)計(jì)了一系列超高速數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸系統(tǒng),在此基礎(chǔ)上研制了一套毫米波頻段的寬帶MIMO信道測(cè)量平臺(tái)。研制的測(cè)試平臺(tái),也成功地用于毫米波大規(guī)模MIMO通信試驗(yàn)網(wǎng)中。本論文的主要工作如下:第一章,緒論描述了相關(guān)領(lǐng)域的研究背景,研究現(xiàn)狀以及論文的研究目標(biāo)和主要內(nèi)容。第二章,論文首先研究了 MIMO信道優(yōu)勢(shì),信道建�；炯夹g(shù),信道特性基本參數(shù)。通過對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的研究,得到未來毫米波信道測(cè)量系統(tǒng)所需采用的測(cè)量技術(shù)以及所要研究的目標(biāo)。論文總結(jié)了一般性信道測(cè)量方法包括了大尺度衰落的測(cè)試方法以及小尺度衰落的測(cè)試方法。信道測(cè)量系統(tǒng)架構(gòu)主要取決于收發(fā)信機(jī)的結(jié)構(gòu)以及接收機(jī)采樣方案。為了滿足多種測(cè)試方法的需求,結(jié)合毫米波信道測(cè)量硬件平臺(tái)的系統(tǒng)指標(biāo)給出了系統(tǒng)方案設(shè)計(jì),包括了各模塊劃分以及硬件設(shè)計(jì)。第三章,針對(duì)于大規(guī)�；鶐�(shù)據(jù)傳輸,本文設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了多種模擬基帶數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng),這些模擬基帶處理單元分別應(yīng)用于多種無線通信場(chǎng)景。3D-MIMO場(chǎng)景與混合波束形成場(chǎng)景中的模擬基帶處理單元的數(shù)據(jù)碼率為30.72 MSPS,支持20 MHz信號(hào)帶寬。混合波束形成場(chǎng)景中的模擬基帶處理單元具有多種外部控制接口,可以在數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐瑫r(shí)高速控制矢量調(diào)制器模塊,用于直接調(diào)制射頻信號(hào),實(shí)現(xiàn)模擬波束合成的功能。Qlink-Pan 45 GHz場(chǎng)景的模擬基帶處理單元可以支持540 MHz信號(hào)帶寬,采樣率達(dá)到660 MHz。這些模擬基帶數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)可擴(kuò)展性強(qiáng),結(jié)構(gòu)緊湊,集成了多路收發(fā)轉(zhuǎn)換以及控制功能,具有支持射頻帶寬寬,支持?jǐn)?shù)字速率高的優(yōu)點(diǎn)。第四章,實(shí)現(xiàn)多通道射頻系統(tǒng)離不開射頻系統(tǒng)關(guān)鍵硬件模塊,本文主要研究了 3個(gè)新型硬件模塊,單個(gè)圓形腔SIW四模濾波器,Ku波段可調(diào)圓形腔SIW濾波器以及動(dòng)態(tài)柵極偏置高效功率放大器。四模濾波器能有效地減少PCB的面積,減小整體的規(guī)模,具有面積小,帶寬寬的特點(diǎn)�？烧{(diào)濾波器是最先提出的機(jī)械式可調(diào)SIW濾波器,區(qū)別于電調(diào)諧方式,機(jī)械式調(diào)諧具有連續(xù)線性化調(diào)諧的能力。連續(xù)可調(diào)的優(yōu)點(diǎn)能夠使濾波器方便的應(yīng)用于不同場(chǎng)景,更靈活的調(diào)試。動(dòng)態(tài)柵壓偏置的功放可支持的信號(hào)帶寬達(dá)到184.32 MHz,與傳統(tǒng)A類功放相比,動(dòng)態(tài)柵壓偏置可以增加系統(tǒng)的效率和線性度,在不降低信號(hào)質(zhì)量的情況下提高A類放大器的效率。第五章,毫米波信道測(cè)量硬件平臺(tái)由于要支持毫米波頻段海量數(shù)據(jù)傳輸,需要有可支持大規(guī)模的基帶數(shù)據(jù)傳輸功能的處理單元。該處理單元可以實(shí)現(xiàn)單元內(nèi)FPGA與模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片間的高速傳輸,同時(shí)實(shí)現(xiàn)與近端數(shù)字信號(hào)處理器DSP之間的高速傳輸。傳輸采用Aurora協(xié)議,利用光纖通信,可以在很遠(yuǎn)的物理距離上進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。作為數(shù)據(jù)傳輸硬件平臺(tái),該系統(tǒng)支持多路同步傳輸,同時(shí)支持多端口的數(shù)據(jù)控制,以及多種外部接口。該結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的區(qū)別在于板內(nèi)數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議是基于高速串行協(xié)議JESD204B以及它的硬件接口實(shí)現(xiàn)的。該接口支持確定性時(shí)延,可以更有效的保證同步,單個(gè)路徑支持10 GBPS數(shù)據(jù)傳輸速率,可以減少FPGA外圍連線數(shù)量。為了實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)多通道數(shù)據(jù)采樣及測(cè)量,論文實(shí)現(xiàn)的毫米波信道測(cè)量硬件平臺(tái)是一個(gè)瞬時(shí)多通道結(jié)構(gòu)的毫米波MIMO系統(tǒng)。相對(duì)于采用替代式實(shí)現(xiàn)MIMO信道測(cè)量平臺(tái)的結(jié)構(gòu),瞬時(shí)多通道的結(jié)構(gòu)更靈活、性能更高,同時(shí),難度也最大,尤其是需要單通道高性能、多通道同步性、多通道一致性。本課題克服了局部技術(shù),整體結(jié)構(gòu),海量數(shù)據(jù)傳輸?shù)募夹g(shù)難點(diǎn),所實(shí)現(xiàn)的硬件平臺(tái)鏈路測(cè)試結(jié)果滿足指標(biāo),與天線一起實(shí)現(xiàn)了 OTA測(cè)試,能夠在PC端完美解碼。射頻頻率28 GHz,信道帶寬500 MHz,支持4×4MIMO收發(fā)系統(tǒng),可用于未來的毫米波通信。同時(shí),本系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用于5G毫米波大規(guī)模MIMO數(shù)字多波束系統(tǒng),與其他采用混合波束賦形技術(shù)和多波束天線技術(shù)的系統(tǒng)相比,具有最優(yōu)的靈活性和性能,系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的復(fù)雜度和難度也最高。第六章,本文結(jié)合毫米波信道測(cè)量硬件平臺(tái)進(jìn)行了室內(nèi)毫米波MIMO信道測(cè)量,實(shí)驗(yàn)研究了毫米波MIMO-OFDM系統(tǒng)的性能和統(tǒng)計(jì)特性。先獲得直視路徑和非直視路徑的脈沖響應(yīng)矩陣,再計(jì)算路徑損耗和陰影衰落模型。采用高定向天線測(cè)試了室內(nèi)均方根時(shí)延擴(kuò)展,計(jì)算了寬帶信道容量以及實(shí)驗(yàn)的吞吐量。同時(shí)還與現(xiàn)有的其他信道測(cè)量硬件平臺(tái)做了比較,本課題所研制的信道測(cè)量平臺(tái)具有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn):第一,瞬時(shí)多通道系統(tǒng)有助于更方便地進(jìn)行測(cè)量活動(dòng),每個(gè)通道的APC和AGC的獨(dú)立控制,可以利用算法來提高通道容量;第二,開發(fā)的基帶板可實(shí)現(xiàn)2.2 GHz的采樣速率,并具有多種外部接口,可以輕松同步和傳輸數(shù)據(jù),減少板上存儲(chǔ)的壓力:第三,OFDM信號(hào)的應(yīng)用使得測(cè)試更快,免除了掃描的時(shí)間。
[Abstract]:This paper designs a series of ultra - high speed digital data transmission systems , which is based on a series of ultra - high speed digital data transmission systems . This paper mainly studies three new hardware modules , single round cavity SIW four - mode filter , Ku - band adjustable circular cavity SIW filter and dynamic gate bias high - efficiency power amplifier . In chapter 6 , the performance and statistical characteristics of millimeter wave MIMO - OFDM system are studied by using the millimeter wave channel measurement hardware platform .

【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TN919.3

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本文編號(hào)：1489114