【正文】 認(rèn)知無線電終端的改進(jìn)設(shè)計與實(shí)現(xiàn)及 OFDM 峰均比抑制算法的研究 Improved Design and Implementation of Cognitive Radio Terminals and Research on Algorithm Reducing PAPR of OFDM A thesis submitted to Xi’an Jiaotong University in partial fulfillment of the requirements for the degree of Master of Engineering Science By Junping Luo (Information and Communication Engineering) Supervisor: Associate Prof. Xinmin Luo May 20xx 摘 要 I 論文題目： 認(rèn)知 無線電 終端 的 改進(jìn) 設(shè)計與實(shí)現(xiàn) 及 OFDM 峰均比抑制算法 的 研究 學(xué)科 專業(yè)： 信息與通信工程 申 請 人 ： 羅俊平 指導(dǎo)教師： 羅新民 副 教授 摘 要 ? 認(rèn)知無線 電 (Cognitive Radio, CR)是一種用于提高無線通信頻譜 資源 利用率的智能技術(shù)，為解決當(dāng)前效率低下的頻譜管理方式與不斷增長的頻譜資源需求之間的矛盾提供了一種新的 途徑 。目前對 CR 的研究才剛剛起步， 為了消除爭議， 驗證 CR 理論 ， 為CR 的研究 以及 標(biāo)準(zhǔn)的確立 提供參考 ， 本課題組 設(shè)計了一 套基 于軟件 定義 無線電 架構(gòu) 的的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化 通用 CR 實(shí)驗系統(tǒng)。 本文的 主要 工作是 CR 實(shí)驗系統(tǒng) 終端 的 硬件和 軟件 框架 設(shè)計與實(shí)現(xiàn)以及 對 降低 CR 實(shí)驗系統(tǒng)終端發(fā)送信號 峰均比 算法 的研究。 論文首先介紹 CR 實(shí)驗系統(tǒng) 終端硬件 的 設(shè)計 與實(shí)現(xiàn) 。 提出基帶 處理母板和中頻子板、控制子板分離的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，針對基帶 處理 母板提出 3DSP+FPGA 的硬件架構(gòu)，為實(shí)驗系統(tǒng) 提供強(qiáng)大的 基帶 計算能力 ， 并且 設(shè)計了中頻子板和基帶 處理 母板高速通信擴(kuò)展插槽，有效的提高 了 實(shí)驗系統(tǒng) 的 數(shù)據(jù)傳輸速率。接著論文介紹 CR 實(shí)驗系統(tǒng)終端軟件框架設(shè)計與實(shí)現(xiàn)。 在發(fā)送和接收 DSP 中 基于 DSP/BIOS 設(shè)計了 實(shí)時多任務(wù)系統(tǒng)程序框架 ， 較好地滿足了 各個算法任務(wù)的執(zhí)行時序和實(shí)時性要求，提高了 DSP 的 CPU 工作效率。論文 隨 后 針對 CR 實(shí)驗系統(tǒng)終端發(fā)送信號峰均比過高導(dǎo)致誤碼上升的問題 提出一種 新的 改進(jìn)限幅算法并成功應(yīng)用 于 CR 實(shí)驗系統(tǒng)，有效的降低了發(fā)送信號峰均比，提高了系統(tǒng)誤碼性能。 論文中設(shè)計的 CR 實(shí)驗 系統(tǒng)終端軟、硬件均已實(shí)現(xiàn)并調(diào)試成功，文中最后給出了調(diào)試結(jié)果?；?實(shí)驗系統(tǒng)終端的組網(wǎng)實(shí)驗 以及 認(rèn)知無線電算法驗證實(shí)驗正在逐步開展，基本實(shí)現(xiàn)了 CR 實(shí)驗系統(tǒng) 終端 的設(shè)計目標(biāo)。 關(guān) 鍵 詞 ： 認(rèn)知無線電， CR 實(shí)驗系統(tǒng) 終端 ， OFDM 峰均比，改進(jìn)限幅算法 論文類型 ： 應(yīng)用研究 ?本研究得到國家高技術(shù)研究發(fā)展 “863 計劃 ”資助項目 (20xxAA123910)；陜西省科技攻關(guān)計劃項目(20xxK04G11)； 陜西省自然科學(xué)基金資助項目 (20xxF41)資助。 ABSTRACT III Title: Improved Design and Implementation of Cognitive Radio Terminals and Research on Algorithm Reducing PAPR of OFDM Speciality: Information and Communication Engineering Applicant: Junping Luo Supervisor: Associate Prof. Xinmin Luo ABSTRACT? Cognitive radio is an intelligent technology used to improve the utilization of spectrum resource. It provides a novel solution for the contradiction between the inefficiency of spectrum management and the growing demand for spectrum resource. The research of CR has just begun. So a standardized and modular CR expermental system is designed by our project team in order to propose remarkable academic achivements and standards of CR. This thesis mainly focuses on design and implementation of hardware and software of CR terminals and the research on reducing PAPR of CR terminals. The thesis firstly presents the design and implementation of hardware of CR terminals. A novel hardware architecture of 3DSP+FPGA is proposed to provide a powerful baseband digital signal processing ability. A highspeed expanding slot connecting the baseband board and the IF boards is proposed to increase the data rate of CR expermental system. Then the thesis secondly presents the design and implementation of software framework of CR terminals. A realtime multitask software framework based on DSP/BIOS is proposed to improve the efficiency of DSP and meet the requirement of timing of all algorithms. Finally, a novel improved clipping algorithm is presented and implemented in CR terminals in order to solve the problem caused by high PAPR of transmitting signals. This algorithm has reduced PAPR efficiently and improved the BER performance of CR expermental system. The hardware and software of CR terminal presented in this thesis are already implemented and debugged. The results of debugging are presented at the last of the thesis. Now a new expermental work and correlative algorithms are being developing based on the CR terminals. KEY WORDS: Cognitive radio。 CR terminal。 PAPR of OFDM。 Improved clipping algorithm TYPE OF THESIS: Applied Research ?Funded by: “The National High Technology Research and Development Program of China(863 Program, )”, “The Science and Technology Plan Foundation of Shaanxi Province” () and “The Natural Science Fundation of Shaanxi Province()”. 目 錄 V 目 錄 1 緒論 ...................................................................................................................................... 1 認(rèn)知無線電研究現(xiàn)狀 ................................................................................................... 1 課題背景及認(rèn)知無線電實(shí)驗系統(tǒng)概述 ....................................................................... 2 論文的主要工作和內(nèi)容安排 ....................................................................................... 5 2 認(rèn)知無線電實(shí)驗系統(tǒng)終端的硬件設(shè)計與實(shí)現(xiàn) .................................................................. 7 基于軟件定義無線電的實(shí)驗系統(tǒng)終端硬件架構(gòu)設(shè)計 ............................................... 7 基帶處理母板硬件電路設(shè)計與實(shí)現(xiàn) ........................................................................... 8 主要芯片選型分析 ................................................................................................ 9 硬件接口設(shè)計 ........................................................................................................ 9 硬件電路實(shí)現(xiàn) ...................................................................................................... 13 中頻子板電路設(shè)計與實(shí)現(xiàn) ......................................................................................... 21 中頻發(fā)送子板 ...................................................................................................... 21 中頻接收 /檢測子板 ............................................................................................. 24 射頻模塊選型 ............................................................................................................. 28 本章小結(jié) ..................................................................................................................... 28 3 認(rèn)知無線電實(shí)驗系統(tǒng)終端軟件框架設(shè)計與實(shí)現(xiàn) ............................................................ 29 認(rèn)知