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认知无线电NC-OFDM技术的研究

作　者: 周潇
导　师: 仇润鹤
学　校: 东华大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 认知无线电 NC-OFDM 同步技术 干扰抑制 试验平台
分类号: TN925
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


随着无线通信技术的飞速发展,无线通信业务的不断拓展使得有限的频谱资源变得越来越紧张,如何解决频谱分配与频谱利用之间的矛盾是无线通信领域重点关注的问题。认知无线电CR (Cognitive Radio)的作为解决频谱资源紧缺的一种有效途径,已成为学术界研究的热点之一。认知NC-OFDM (Non-Contiguous Orthogonal Frequency Division Multiplexing)是将整个频段划分为若干个子载波,只利用空闲的子载波传输数据,在频谱的剪裁、组合以及功率控制等方面有很好的灵活性,能够实现动态频谱资源控制,因此被认为是认知无线电传输链路自适应实现的一种应用技术。NC-OFDM打破了传统通信需要在连续的频谱下进行数据传输的限制,但也给它的各种关键技术带了新的挑战。同时,多用户共存的形式使得干扰抑制也成为NC-OFDM系统中亟待解决的关键问题之一。本文在分析总结现有工作的基础上讨论了认知NC-OFDM系统的技术原理、特点及其所面临的挑战,利用simulink仿真分析NC-OFDM系统在不同频谱占有率情况下误码率性能。重点研究了基于认知无线电NC-OFDM系统的同步方法和用户间干扰的抑制策略,在特定的参数条件下,通过理论分析和仿真,给出了一些可行的研究思路和算法,并利用FPGA等器件组建了NC-OFDM系统试验平台。主要工作如下：首先,对基于循环前缀最大似然估计能量归一化同步算法做了详细推导研究,将该算法用于NC-OFDM系统中,通过matlab仿真分析不同频谱池占有率的情况下算法的性能,并讨论了该算法在NC-OFDM的适用范围。此外,还对Schmidl&Cox、Minn、Park三种经典的定时同步算法做仿真分析,并提出一种基于训练序列的NC-OFDM自适应同步算法,通过仿真证明该算法定时度量函数均能在正确定时点出现冲击峰,大大提高了定时精度。其次,详细研究了用户间干扰抑制问题,推导了授权用户和感知用户相互干扰模型,并给出了现有的一些干扰抑制方法。在此基础上,详细推导了主动干扰消除方法,并对加窗主动干扰联合算法进行改进,通过仿真分析比较证明改进后的算法有更好的干扰消除性能。并利用预滤波方法对本文提出的自适应同步算法进行主用户干扰消除。通过matlab仿真分析该方法的性能。最后,利用FPGA等器件组建了NC-OFDM系统试验平台,给出了每个模块在NC-OFDM系统中的工作和任务,并详细描述了每个功能模块的实现方法,最后对部分功能模块进行测试。

全文目录


摘要  5-7
ABSTRACT  7-9
目录  9-12
第一章 绪论  12-20
  1.1 引言  12-13
  1.2 认知无线电技术  13-15
  1.3 认知NC-OFDM技术的研究现状  15-18
  1.4 本文主要工作和章节安排  18-20
第二章 基于认知无线电的NC-OFDM系统  20-31
  2.1 NC-OFDM的原理  20-24
  2.2 NC-OFDM的挑战和优势  24-25
  2.3 认知NC-OFDM系统仿真  25-30
  2.4 本章小结  30-31
第三章 NC-OFDM的同步技术  31-45
  3.1 NC-OFDM同步问题  31-32
    3.1.1 现有的NC-OFDM同步方法的分类  31-32
    3.1.2 NC-OFDM同步的特点和带来的新问题  32
  3.2 NC-OFDM能量归一化最大似然估计同步方法  32-37
    3.2.1 算法原理  32-35
    3.2.2 仿真分析  35-37
  3.3 基于训练序列的自适应NC-OFDM同步方法  37-44
    3.3.1 系统建模  38-39
    3.3.2 自适应训练序列的设计  39-41
    3.3.3 仿真分析  41-44
  3.4 本章小结  44-45
第四章 NC-OFDM系统用户干扰分析  45-65
  4.1 NC-OFDM的用户干扰分析  45-48
    4.1.1 感知用户对授权用户的干扰  45-47
    4.1.2 授权用户对感知用户的干扰  47-48
  4.2 现有的干扰抑制方法  48-51
    4.2.1 感知用户对授权用户的干扰抑制方法  48-50
    4.2.2 授权主用户对感知用户的干扰抑制方法  50-51
  4.3 改进的加窗主动干扰消除联合算法  51-59
    4.3.1 主动干扰消除  51-53
    4.3.2 加窗主动干扰消除联合算法的改进  53-55
    4.3.3 仿真分析  55-59
  4.4 一种预滤波的NC-OFDM干扰抑制同步算法  59-64
    4.4.1 干扰信号模型  59-61
    4.4.2 预滤波干扰抑制  61-62
    4.4.3 仿真分析  62-64
  4.5 本章小结  64-65
第五章 NC-OFDM系统试验平台的组建与测试  65-96
  5.1 NC-OFDM系统试验硬件平台的组建  65-69
    5.1.1 ARM模块功能  65-66
    5.1.2 DSP模块功能  66-67
    5.1.3 FPGA模块功能  67
    5.1.4 RF模块功能  67-68
    5.1.5 NC-OFDM系统试验硬件平台的实现  68-69
  5.2 NC-OFDM系统功能模块实现过程  69-88
    5.2.1 ARM模块实现过程  69-70
    5.2.2 DSP模块实现过程  70-73
    5.2.3 FPGA模块实现过程  73-82
    5.2.4 RF模块实现过程  82-84
    5.2.5 模块间通信实现过程  84-88
  5.3 NC-OFDM系统部分功能测试  88-95
    5.3.1 ARM屏幕显示测试  89-90
    5.3.2 QPSK调制测试  90-91
    5.3.3 IFFT变换测试  91-92
    5.3.4 RF发射接收测试  92-93
    5.3.5 通信接口测试  93-95
  5.4 本章小节  95-96
第六章 本文结论和进一步研究方向  96-98
  6.1 本文主要结论  96-97
  6.2 进一步的研究方向  97-98
参考文献  98-106
攻读硕士学位期间发表论文  106-107
致谢  107

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 无线通信 > 无线电中继通信、微波通信
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