基于阵列信号处理的ofdm接收机研究与设计

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1、浙江大学硕士学位论文我国也早已将研究智能天线技术列入国家863．317通信技术主题研究中的个人通信技术分项，国家自然科学基金、博士点基金等也相应支持有关单位进行理论与技术平台的研究。在连续获得ITU和3GPP通过的我国自主研发的TD—SCDMA技术体制中，就广泛采用了智能天线和软件无线电技术。TD—SCDMA方案将国际领先的技术智能天线、同步CDMA和软件无线电融于其中，具有较高的频谱效率，较低的成本和较大的灵活性。研究表明阵列天线技术与TDMA、CDMA技术相结合都可以取得很好的性能【7儿引。近几年来，人们研究将此技术应用于OFDM系

2、统，实现波束形成和自适应信号处理【9】【10】【ll】。1998年，F．Vook和K．Baum提出在OFDM系统中使用阵列信号处理技术，讨论了频域波束形成中采用直接矩阵求逆(SMI)算法的几种方案i121。频域波束形成方法虽然能形成最优的权向量，但是运算量大、接收机结构复杂。2001年，M．Okada和S．Komaki提出在时域即傅立叶变换前对OFDM信号进行处理，改进了频域处理方法在信道延时大于保护间隔时，系统受码间干扰影响导致误码率性能恶化的缺点1131。2002年，YSun和H．Matsuoka采用子载波分组来降低频域处理方法的高

3、运算量【1训。2003年，D．Bartolome和A．Perez-Neira提出了在时域进行空时二维处理来对抗ISI和ICI对系统性能的影响【l引，并提出了利用OFDM循环结构特点的盲波束形成和半盲波束形成算法【161。同年，V．Venkataraman等人讨论了在OFDM系统中使用恒模算法的盲波束形成系统性能117]，采用盲的算法不需要发射端发送参考信号，可以提高系统的频谱利用率。以上的研究成果都是考虑在接收端采用阵列天线，提升接收性能，在发射波束形成方面，Y．H。Pan在2003年提出了根据信道反馈信息对OFDM子载波进行发射阵列加

4、权的算法【l引，L．Liu在2007年对OFDM发射波束形成的信道信息反馈算法方面进行了研究【191。1．3本论文的主要工作及内容安排本文围绕阵列信号处理技术和OFDM接收技术对基于阵列信号处理的OFDM接收机做了全面、系统的研究，包括系统算法仿真和基于FPGA的完整接收系统硬件实现。本文重点研究了阵列信号处理技术与OFDM系统相结合的两种方式，即PRE．FFT和POST-FFT方式，对各种算法进行了分析与仿真，提出了一些改进方案。并且分别在不同的时延扩展、角度扩展、信噪比、信干比、多普勒频偏下对PRE．FFT和POST-FFT方式进行

5、对比仿真，指出了各自的特点和应用环境。进一步的，本文选取了一种性能较好，且对硬件资源要求较低的接收方案，给出了接收机的接收流程设计，系统主要参数以及帧结构。然后详细介绍了阵列信号处理模块的硬件实现方案，总结了OFDM解调的数据处理步骤，对系统各模块和完整方案进行定、浮点仿真比较，给出了系统模块时钟分配方案浙江大学硕士学位论文和硬件仿真流程。本文的章节内容安排如下：第一章，介绍了课题研究的背景和意义，总结了OFDM阵列接收技术领域的国内外研究现状。第二章，介绍了阵列信号处理技术原理和数学模型，分析了空时无线信道的基本特征，并给出了分别应用

6、于宏小区和微小区的统计信道模型，为阵列信号处理与OFDM相结合的研究提供了仿真信道模型。第三章，对阵列信号处理的两个重要研究方向：波达方向估计和自适应波束形成进行了详细的分析与讨论，为后续章节的研究提供了理论基础。首先介绍了DOA估计的传统方法和子空间方法，并对其性能进行了仿真对比。然后介绍了自适应波束形成的几种准则，并根据OFDM信号特点，总结了与OFDM系统结合较好的四种波束形成算法。第四章，深入研究了PRE．FFT和POST-FFT方式的阵列天线OFDM接收方案，对各种算法进行了仿真与比较，提出了一些算法改进方案。然后，对两种接收

7、方案分别在不同的时延扩展、角度扩展、信噪比、信干比、多普勒频偏下进行对比仿真，指出了各自的性能特点和应用场合。本章还讨论了发射波束形成算法，并分时分双工(TDD)和频分双工(FDD)两种情况分析了对OFDM信号发射波束形成的方案。第五章，本章基于FPGA硬件实现的目的，选取一种性能较好，且对硬件资源要求较低的阵列天线OFDM接收方案进行基于FPGA的硬件设计，介绍了接收机的接收流程方案，系统主要参数以及帧结构。在硬件设计方面，给出了基于DCD算法的DOA估计与波束形成方法，及其在FPGA上的硬件实现方案，详细介绍了各个步骤的设计电路图，

8、总结了OFDM解调的数据处理步骤，并对系统各模块和完整方案进行定、浮点仿真比较，介绍了系统的模块时钟分配方案和硬件仿真流程。4浙江大学硕士学位论文第二章阵列信号处理技术基础2．1阵列信号处理的基本原理阵列信