【正文】 系統(tǒng) OFDM 參數(shù) 。 有效信息傳輸速率提高 到 。 1 緒論 3 圖 11 第二版認(rèn)知無線電實驗網(wǎng)絡(luò)小區(qū)結(jié)構(gòu) 和第一版 認(rèn)知無線電實驗系統(tǒng) 比較 ， 第二版認(rèn)知無線電實驗系統(tǒng) 重新設(shè)計了網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)， 增強(qiáng)了終端的運(yùn)算能力 (由 DSP+FPGA 架構(gòu)升級為 ARM+3DSP+FPGA 架構(gòu) )， 以 支持 更 靈活的 覆蓋 區(qū)域 和 更復(fù)雜 多變 的 通信環(huán)境 。 實驗網(wǎng)絡(luò)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(rèn)知無線電中心控制節(jié)點(diǎn)、 若干 認(rèn)知無線電 用戶 (認(rèn)知用戶終端 )、一個 電視信號發(fā)射 機(jī) (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(jī) (TV 信號接收機(jī) )。 第 二 版 認(rèn)知無線電 實驗系統(tǒng) 不再沿用第一版的大區(qū)制網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，改為使用帶中心控制 節(jié)點(diǎn) 的 分布式 AdHoc 多小區(qū) 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。為了進(jìn)一步驗證認(rèn)知無線電系統(tǒng) 實現(xiàn)可能性， 項目組設(shè)計了 第二版認(rèn)知無線電實驗系統(tǒng)。 第一版認(rèn)知無線電具備了對 CR 基本概念及關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行驗證的能力。項目組前期在借鑒 軟件 定義 無線電 架構(gòu)及 IEEE 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的 基礎(chǔ) 上 ，在電視 UHF 頻段 實現(xiàn)了第一版 認(rèn)知無線電實驗系統(tǒng)。例如授權(quán)用戶懷疑認(rèn)知用戶 空閑 頻譜檢測的可靠性，擔(dān)心 自身 通信 的 可靠性會受到認(rèn)知用戶 的威脅 [11]；另一方面 ，學(xué)術(shù)界提出的各種頻譜檢測方法往往沒有機(jī)會在實際的系統(tǒng)中得到 驗證。目前 國內(nèi)各高校研究機(jī)構(gòu)對 CR技術(shù) 的研究課題主要集中于 CR系統(tǒng)中的合作及跨層設(shè)計技術(shù)、空間信號檢測和分析 、 QoS 保證機(jī)制 和認(rèn)知無線電實驗系統(tǒng)研 制 等 方面 。 近 幾 年，國內(nèi)研究機(jī)構(gòu)也開始關(guān)注和跟蹤 CR 技術(shù) 的發(fā)展，包括電子科技大學(xué)、清華大學(xué)、香港科技大學(xué)及西安交通大學(xué)在內(nèi)的各高校 紛紛開展 對 CR 理論的研究和實現(xiàn)方案的探討 。 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(xué)碩士學(xué)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(luò)層算法實驗 。維吉尼亞無線通信技術(shù)中心研究設(shè)計了認(rèn)知無線電仿真實驗椅和硬件實驗床，并著手研發(fā)基于生物啟發(fā)的認(rèn)知無線電引擎節(jié)點(diǎn) [9]。 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(shè)計了自適應(yīng)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(jìn)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]。 同 年 10 月 ， IEEE 成立 工作組開始著手研究和制定工作于電視頻段的、基于 CR 技術(shù)的 WRAN 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) [6]，目標(biāo)是將分配給電視廣播的VHF/UHF 頻帶的空閑頻道有效利用作為寬帶訪問線路。 目前國際上開展的 CR 研究大多采用類似的 簡化 定義。 其 基本思想是認(rèn)知無線電系統(tǒng) 能夠 感知 周圍的 無線通信環(huán)境 ， 動態(tài)檢測和有效利用 已 被 分配但暫時未使用或者 未 完全使用的 頻譜 ， 根據(jù)一定的學(xué)習(xí)和決策算法 ， 實時自適應(yīng)地改變系統(tǒng)工作參數(shù) ， 在時間、頻率以及空間上進(jìn)行多維的頻譜復(fù)用 ，從而提高頻譜利用率 [3]。 在此背景下 ，認(rèn)知無線電 技術(shù)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(dāng)前效率低下的頻譜管理方式之間的矛盾 。這種靜態(tài)的無線頻譜管理方式，雖然可以簡單有效地避免不同無線通信系統(tǒng)間的相互干擾，但常常導(dǎo)致 頻譜利用率非常低 [1]。 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)知無線電實驗系統(tǒng)終端的硬件設(shè)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(shè)計 ............................................... 7 基帶處理母板硬件電路設(shè)計與實現(xiàn) ........................................................................... 8 主要芯片選型分析 ................................................................................................ 9 硬件接口設(shè)計 ........................................................................................................ 9 硬件電路實現(xiàn) ...................................................................................................... 13 中頻子板電路設(shè)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(rèn)知無線電實驗系統(tǒng)終端軟件框架設(shè)計與實現(xiàn) ............................................................ 29 認(rèn)知無線電實驗系統(tǒng)終端算法任務(wù)流程 ................................................................. 29 基帶算法任務(wù)分配 ..................................................................................................... 29 DSP 算法流程設(shè)計 ...................................................................................................... 32 基于 DSP/BIOS 的多任務(wù)程序框架設(shè)計 .................................................................. 34 實時多任務(wù)系統(tǒng)及 DSP/BIOS 簡介 ................................................................... 34 基于 DSP/BIOS 的程序設(shè)計方法 ....................................................................... 36 發(fā)送 DSP 實時多任務(wù)程序框架設(shè)計 ................................................................. 36 接收 DSP 實時多任務(wù)程序框架設(shè)計 ................................................................. 39 本章小結(jié) ..................................................................................................................... 42 4 認(rèn)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(shù)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(rèn)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(xué)碩士學(xué)位論文 VI 信號預(yù)畸變技術(shù) .................................................................................................. 47 編碼類技術(shù) .......................................................................................................... 48 概率類技術(shù) .......................................................................................................... 48 改進(jìn)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(jìn)限幅算法 ...................................................................................................... 50 改進(jìn)限幅算法參數(shù)的