【正文】 安排 論 文作者參與了 國家“ 863” “認知無線電技術研究”項目 （ 20xxAA123910） 的研究工作， 主要負責第二版認知無線電實驗系統(tǒng) 終端 的設計與實現(xiàn) 。最底層 OFDM 幀是 實驗系統(tǒng)基帶 OFDM 調(diào)制的基本數(shù)據(jù)單元，幀 長 與 OFDM 子載波數(shù)有關，子載波數(shù) N=64 時，幀 長 為 ； N=256 時，幀長 為 50us。 實驗系統(tǒng) 網(wǎng)絡 中 包括 認知 用戶 終端 和中心控制節(jié)點 ， 認知 用戶 和 中心控制節(jié)點 之間 使用 專用 控制信道 和專用信令幀 進行信令的傳輸； 信令 幀結(jié)構(gòu)如 圖 12 所示。 西安交通大學碩士學位論文 4 表 12 第二版 認知無線電實驗系統(tǒng) OFDM 參數(shù) 系統(tǒng)參數(shù) 名稱 室內(nèi)環(huán)境 下參數(shù)值 室外移動環(huán)境 下參數(shù)值 最大時延擴展 （對應 150m 路徑差） （對應 600m 路程差） 保護間隔 10us 有用符號持續(xù)周期 10us 40us OFDM 符號周期 (插 CP 后 ) ＝ 10us＋ 50us 子載波頻率間隔 1/10us=100kHz 1/40us=25kHz 子載波數(shù) N CP 點數(shù) G 16 64 可用子載波個數(shù) 64 約為 52 256 ≈ 204 導頻子載波個數(shù) 8 32 數(shù)據(jù)子載波個數(shù) 44 176 ODFM 符號速率 1/()=80kBauds 1/(50us)=20kBauds 可用符號總的符號速率 總的有效符號速率 針對實驗系統(tǒng)終端所處的通信環(huán)境不同， 實驗系統(tǒng)提供 兩套 OFDM 工作參數(shù) 。 有效信息傳輸速率提高 到 。 實驗網(wǎng)絡由多個小區(qū)組成，每個小區(qū)覆蓋范圍為 300m， 每個小區(qū) 包括一個認知無線電中心控制節(jié)點、 若干 認知無線電 用戶 (認知用戶終端 )、一個 電視信號發(fā)射 機 (TV 信號發(fā)射塔，可能位于小區(qū)外部，但 覆蓋各個小區(qū) )和若干電視 信號接收 機 (TV 信號接收機 )。為了進一步驗證認知無線電系統(tǒng) 實現(xiàn)可能性， 項目組設計了 第二版認知無線電實驗系統(tǒng)。項目組前期在借鑒 軟件 定義 無線電 架構(gòu)及 IEEE 相關標準的 基礎 上 ，在電視 UHF 頻段 實現(xiàn)了第一版 認知無線電實驗系統(tǒng)。目前 國內(nèi)各高校研究機構(gòu)對 CR技術 的研究課題主要集中于 CR系統(tǒng)中的合作及跨層設計技術、空間信號檢測和分析 、 QoS 保證機制 和認知無線電實驗系統(tǒng)研 制 等 方面 。 仿真平臺基帶模塊使用 5 塊 FPGA (Field Programmable Gate Array, 現(xiàn)場可編程門陣列器件 )， 每西安交通大學碩士學位論文 2 個 FPGA 支持 4 路射頻數(shù)據(jù)輸入，基于 該 仿真平臺可以完成 CR 系統(tǒng)的 頻譜感知 等物理層和網(wǎng)絡層算法實驗 。 美國國防 部 高級研究計劃署 (DARPA)資助的下一代無線通信 (XG)項目設計了自適應頻譜系統(tǒng)原型， 項目組 基于該系統(tǒng)原型完成了在不干擾授權(quán)用戶的前提下使用空閑的頻段進行通信的實驗， 實驗結(jié) 果 表明 頻譜的利用率 可以 比現(xiàn)有水平提高 10 倍 [7]。 目前國際上開展的 CR 研究大多采用類似的 簡化 定義。 在此背景下 ，認知無線電 技術被提出用于提高頻譜利用率， 解決 不斷增長的頻譜資源需求與當前效率低下的頻譜管理方式之間的矛盾 。 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 認知無線電研究現(xiàn)狀 ................................................................................................... 1 課題背景及認知無線電實驗系統(tǒng)概述 ....................................................................... 2 論文的主要工作和內(nèi)容安排 ....................................................................................... 5 2 認知無線電實驗系統(tǒng)終端的硬件設計與實現(xiàn) .................................................................. 7 基于軟件定義無線電的實驗系統(tǒng)終端硬件架構(gòu)設計 ............................................... 7 基帶處理母板硬件電路設計與實現(xiàn) ........................................................................... 8 主要芯片選型分析 ................................................................................................ 9 硬件接口設計 ........................................................................................................ 9 硬件電路實現(xiàn) ...................................................................................................... 13 中頻子板電路設計與實現(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 認知無線電實驗系統(tǒng)終端軟件框架設計與實現(xiàn) ............................................................ 29 認知無線電實驗系統(tǒng)終端算法任務流程 ................................................................. 29 基帶算法任務分配 ..................................................................................................... 29 DSP 算法流程設計 ...................................................................................................... 32 基于 DSP/BIOS 的多任務程序框架設計 .................................................................. 34 實時多任務系統(tǒng)及 DSP/BIOS 簡介 ................................................................... 34 基于 DSP/BIOS 的程序設計方法 ....................................................................... 36 發(fā)送 DSP 實時多任務程序框架設計 ................................................................. 36 接收 DSP 實時多任務程序框架設計 ................................................................. 39 本章小結(jié) ..................................................................................................................... 42 4 認知無線電實驗系統(tǒng)降低信號峰均功率比算法的研究與實現(xiàn) .................................... 43 OFDM 傳輸技術的峰均功率比問題 .......................................................................... 43 峰均功率比定義 .................................................................................................. 43 OFDM 信號峰均功率比統(tǒng)計規(guī)律 ....................................................................... 44 高峰均功率比對認知無線電系統(tǒng)造成的影響 ......................................................... 45 常見的降低信號峰均功率比算法比較 ..................................................................... 47 西安交通大學碩士學位論文 VI 信號預畸變技術 .................................................................................................. 47 編碼類技術 .......................................................................................................... 48 概率類技術 .......................................................................................................... 48 改進限幅濾波算法降低 OFDM 信號峰均功率比 .................................................... 49 限幅算法思想 ...................................................................................................... 49 改進限幅算法 ...................................................................................................... 50 改進限幅算法參數(shù)的選擇 .................................................................................. 52 改進限幅算法仿真結(jié)果 ............................................