本文關(guān)鍵詞：先進(jìn)信號處理技術(shù)的研究及其在信道仿真器中的應(yīng)用

  更多相關(guān)文章： 信道仿真器 MIMO技術(shù) 壓縮感知 模擬信息轉(zhuǎn)換器 分?jǐn)?shù)階時(shí)延

【摘要】：隨著人們對通信需求的提升,無線通信設(shè)備的種類越來越豐富、更新速率也越來越快,而無線設(shè)備在上市之前需要經(jīng)過大量的測試以確保其性能滿足要求。為了有效地縮短無線產(chǎn)品的研發(fā)周期、降低測試成本,能夠在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下模擬真實(shí)的無線信道傳播環(huán)境的信道仿真器應(yīng)運(yùn)而生,并在整個(gè)產(chǎn)品研發(fā)過程中具有舉足輕重的地位。 然而隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展,多輸入多輸出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用,使得信道仿真器的發(fā)展面臨諸多挑戰(zhàn)。首先為了能夠承載更多的信息,信號帶寬越來越寬,從而導(dǎo)致基于奈奎斯特定理的采樣速率可能超出現(xiàn)有器件的性能；其次,為了獲得較高的時(shí)延分辨率,要求信道模擬器在較低的時(shí)鐘頻率下仍能夠模擬極小的多徑時(shí)延間隔；最后,模擬復(fù)雜的MIMO信道模型需要較大的計(jì)算量,然而資源是有限的,因此要求信道仿真器能夠在硬件資源有限的情況下,降低仿真復(fù)雜度,使性能盡可能達(dá)到最優(yōu)化。 本文圍繞新一代無線通信中的多天線寬帶信道仿真技術(shù)進(jìn)行討論,系統(tǒng)地對寬帶MIMO無線信道仿真器涉及的若干關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入的研究。論文的主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)包括： (1)隨著信號帶寬的增加,以奈奎斯特定理為基礎(chǔ)的信號處理框架要求的采樣速率和處理速度也越來越高,甚至超出了已有器件的處理能力�；趬嚎s感知(Compressed Sensing,CS)理論的模擬信息轉(zhuǎn)化器(Analog to Information Converter,AIC)能以較低的速率實(shí)現(xiàn)寬帶模擬信號的采樣,本文基于壓縮感知理論,針對AIC進(jìn)行分析和研究,使其更易于硬件實(shí)現(xiàn)。首先對AIC架構(gòu)進(jìn)行分析,對其采用的測量矩陣進(jìn)行改進(jìn),用循環(huán)矩陣代替隨機(jī)伯努力矩陣,并定義廣義循環(huán)矩陣作為測量矩陣,在一定程度上降低了系統(tǒng)復(fù)雜度；其次,對AIC架構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn),提出了一種并行多速率欠采樣(Parallel Multirate Compressed Sampling, PMCS)架構(gòu),寬帶信號經(jīng)過預(yù)調(diào)制積分后送往并行的擁有不同采樣速率的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(Analog-to-Digital Convertor,ADC)進(jìn)行采樣,將采樣后的子信號進(jìn)行一系列預(yù)處理,并采用合適的恢復(fù)算法以較高的概率重構(gòu)原始信號。本文對PMCS架構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)描述,分析了采樣路徑數(shù)、采樣速率等因素對系統(tǒng)性能的影響,并同并行壓縮采樣(Parallel Compressed Sampling,PCS)架構(gòu)及并行分段壓縮采樣(Parallel Segmented Compressed Sampling,PSCS)架構(gòu)的性能進(jìn)行比較。 (2)MIMO系統(tǒng)性能與無線信道的多徑環(huán)境密切相關(guān),為了更好地仿真無線信道中具有豐富散射體的情況,信道模型所表征的多徑時(shí)延分辨率越來越高,因此要求信道模擬器能夠?qū)崿F(xiàn)高時(shí)延分辨率的仿真,即實(shí)現(xiàn)寬帶信號的任意的分?jǐn)?shù)階時(shí)延。針對現(xiàn)有的時(shí)域插值法、分?jǐn)?shù)時(shí)延濾波器法等分?jǐn)?shù)階時(shí)延方法進(jìn)行分析、比較,總結(jié)了他們各自的優(yōu)缺點(diǎn),但是這些已有的算法無一例外的并沒有考慮信號本身的固有特性,因此提出一種基于信號稀疏特性的算法來實(shí)現(xiàn)信號的分?jǐn)?shù)階時(shí)延。首先對寬帶信號的稀疏特性進(jìn)行分析,構(gòu)造合適的稀疏基,然后經(jīng)過理論推導(dǎo)將信號的時(shí)延映射為對應(yīng)的連續(xù)信號的稀疏基的延時(shí)、采樣,最后通過仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了此算法的有效性,并跟已有的方法進(jìn)行了比較。并通過分析指出針對基于CS的壓縮采樣系統(tǒng),信號的分?jǐn)?shù)階時(shí)延并不再是一難題。 (3)為了能夠在有著有限資源的硬件平臺(tái)上模擬具有高天線緯度和高時(shí)延分辨率的MIMO信道,無線信道衰落過程的實(shí)現(xiàn)需要有效地設(shè)計(jì)和優(yōu)化。本文對時(shí)域抽頭延遲線模型進(jìn)行研究,分析了影響系統(tǒng)復(fù)雜度的各項(xiàng)因素,然后將時(shí)域衰落過程轉(zhuǎn)換為頻域調(diào)制,分析了時(shí)域?qū)崿F(xiàn)及頻域?qū)崿F(xiàn)時(shí)系統(tǒng)的復(fù)雜度。針對基于頻域的信道仿真器的實(shí)現(xiàn),提出一種優(yōu)化的快速傅立葉變換的實(shí)現(xiàn)架構(gòu),稱之為并行流水線架構(gòu),每一級運(yùn)算模塊僅有一個(gè)蝶形運(yùn)算單元。優(yōu)化蝶形運(yùn)算,采用CORDIC算法將乘法運(yùn)算轉(zhuǎn)化為移位相加運(yùn)算,對比分析了普通的時(shí)域?qū)崿F(xiàn)、頻域?qū)崿F(xiàn)及基于CORDIC算法的頻域?qū)崿F(xiàn)的系統(tǒng)復(fù)雜度。 本文圍繞新一代寬帶無線MIMO信道仿真器的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了深入的研究,針對其所面臨的各種技術(shù)難題進(jìn)行研究,并提出了相應(yīng)的解決方案,為MIMO信道仿真器的研發(fā)提供了理論基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：信道仿真器 MIMO技術(shù) 壓縮感知 模擬信息轉(zhuǎn)換器 分?jǐn)?shù)階時(shí)延
【學(xué)位授予單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN911.7
【目錄】：

• 摘要4-7
• ABSTRACT7-14
• 第一章 緒論14-28
• 1.1 研究背景及研究意義14-19
• 1.1.1 無線通信系統(tǒng)的發(fā)展歷程及現(xiàn)狀14-16
• 1.1.2 信道仿真器的研究意義16-19
• 1.2 信道仿真器的發(fā)展現(xiàn)狀19-21
• 1.3 論文的研究內(nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)21-23
• 參考文獻(xiàn)23-28
• 第二章 無線傳播環(huán)境及信道模型28-50
• 2.1 引言28-29
• 2.2 無線信道傳播特性29-34
• 2.2.1 路徑損耗和陰影衰落30-31
• 2.2.2 多徑衰落31-32
• 2.2.3 衰落信道建模方法32-34
• 2.3 SISO和SIMO信道模型34-37
• 2.3.1 ITU信道模型34
• 2.3.2 3GPP信道模型34-35
• 2.3.3 擴(kuò)展ITU信道模型35-37
• 2.4 MIMO信道模型37-44
• 2.4.1 SCM信道模型38-40
• 2.4.2 擴(kuò)展SCM信道模型40-41
• 2.4.3 WINNER信道模型41
• 2.4.4 LTE評估模型41-42
• 2.4.5 SCM、SCME、WINNER、LTE評估模型比較42-43
• 2.4.6 基于空間相關(guān)性的擴(kuò)展ITU信道模型43-44
• 2.5 針對IMT-Advanced的信道模型44-45
• 2.6 MIMO信道仿真模擬45-46
• 2.6.1 性能測試和一致性測試46
• 2.6.2 信道仿真器對信道模型的需求46
• 2.7 小結(jié)46-47
• 參考文獻(xiàn)47-50
• 第三章 基于壓縮感知的寬帶信號采樣50-78
• 3.1 引言50-52
• 3.2 壓縮感知理論52-57
• 3.2.1 信號的稀疏表示53-54
• 3.2.2 觀測矩陣54-56
• 3.2.3 信號重構(gòu)56-57
• 3.3 模擬信息轉(zhuǎn)換器57-72
• 3.3.1 模擬信號的稀疏表示57-59
• 3.3.2 RMPI架構(gòu)59-60
• 3.3.3 PSCS系統(tǒng)60-64
• 3.3.4 PMCS系統(tǒng)64-72
• 3.4 本章小結(jié)72-73
• 參考文獻(xiàn)73-78
• 第四章 寬帶信號分?jǐn)?shù)階時(shí)延78-94
• 4.1 引言78-79
• 4.2 信號分?jǐn)?shù)階時(shí)延的原理79-81
• 4.3 常用分?jǐn)?shù)階時(shí)延濾波器的設(shè)計(jì)方法81-86
• 4.3.1 加窗sinc函數(shù)法82-83
• 4.3.2 最大平坦FIR逼近法83-84
• 4.3.3 Farrow架構(gòu)84-86
• 4.4 基于信號稀疏性的分?jǐn)?shù)階時(shí)延的實(shí)現(xiàn)86-91
• 4.4.1 分?jǐn)?shù)階時(shí)延算法實(shí)現(xiàn)86-88
• 4.4.2 壓縮采樣系統(tǒng)中信號的分?jǐn)?shù)階時(shí)延88
• 4.4.3 性能仿真分析88-91
• 4.5 本章小結(jié)91-92
• 參考文獻(xiàn)92-94
• 第五章 數(shù)字信號卷積處理設(shè)計(jì)94-110
• 5.1 引言94
• 5.2 信道沖激響應(yīng)的實(shí)現(xiàn)94-96
• 5.3 基于時(shí)域的信號卷積處理96-99
• 5.4 基于頻域的信號卷積處理99-108
• 5.4.1 頻域信號卷積處理理論分析99-101
• 5.4.2 基于CORDIC算法的頻域?qū)崿F(xiàn)101-103
• 5.4.3 頻域?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)103-108
• 5.5 本章小結(jié)108
• 參考文獻(xiàn)108-110
• 第六章 總結(jié)和展望110-114
• 6.1 論文總結(jié)110-111
• 6.2 進(jìn)一步工作111-112
• 參考文獻(xiàn)112-114
• 附錄 縮略語表114-118
• 致謝118-120
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄120

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 黃笑磊;安崗;高一維;;OTA在運(yùn)營商終端測試系統(tǒng)中的應(yīng)用[J];電信科學(xué);2012年05期

2 焦李成,譚山;圖像的多尺度幾何分析:回顧和展望[J];電子學(xué)報(bào);2003年S1期

3 石光明;劉丹華;高大化;劉哲;林杰;王良君;;壓縮感知理論及其研究進(jìn)展[J];電子學(xué)報(bào);2009年05期

4 焦李成;楊淑媛;劉芳;侯彪;;壓縮感知回顧與展望[J];電子學(xué)報(bào);2011年07期

5 郭瑩;邱天爽;;脈沖噪聲環(huán)境下基于拉格朗日插值分?jǐn)?shù)延遲濾波器的時(shí)延估計(jì)方法[J];電子與信息學(xué)報(bào);2007年09期

6 韓曉晗;;無線信道特性分析[J];廣播電視信息;2009年07期

7 劉政;安旭東;張霄;周北琦;郭琳;;MIMO OTA測試系統(tǒng)的校準(zhǔn)和驗(yàn)證[J];安全與電磁兼容;2011年06期

8 張勤;白瑛;張永慧;;基于HARQ的TD-LTE基站性能測試方案[J];電子產(chǎn)品世界;2013年05期

9 馬令坤;黃建國;謝達(dá);;寬帶數(shù)字信號精確時(shí)延實(shí)現(xiàn)[J];計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用;2008年15期

10 戴瓊海;付長軍;季向陽;;壓縮感知研究[J];計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào);2011年03期

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本文編號：717085