认知无线电中物理层关键技术研究及FPGA实现

论文摘要

近年来,认知无线电（CR）作为一种提高频谱利用率的新技术被人们提出,该技术可使认知用户（CU）工作在频谱占用度不高的授权频段。多载波调制技术由于具有高灵活性、适应性且频谱利用率高等优点,被认为是认知无线电系统物理层的最佳实现方案,例如正交频分复用（OFDM）多载波调制技术和基于滤波器组的滤波多音调制（FMT）技术。通常认知用户与授权用户（LU）工作在相邻频段,认知用户与授权用户之间存在邻道干扰,而实现频谱资源共享的重要前提是确保认知用户同授权用户可以友好共存,即要求将认知用户对授权用户产生的干扰功率严格控制在授权用户所能容忍的最大限度之内,所以认知用户只能在不对授权用户产生干扰的前提下使用授权频段。为了高效地利用空闲频谱资源,认知无线电系统自身也需要具备良好的抗干扰能力。因此,干扰抑制成为了认知无线电系统设计中必须考虑的关键问题。本文针对认知无线电中正交频分复用和滤波多音调制两种实现方案的干扰抑制技术以及认知系统发射天线对频谱感知天线的干扰抵消进行了研究及FPGA验证。本文内容共分为六个部分:第一部分简要地介绍了认知无线电技术的发展背景、原理及其关键技术。第二部分先介绍了多载波通信系统的基本原理,然后分别介绍了OFDM和FMT两种调制方式的理论基础,分析了二者的区别和联系,并且介绍了基于OFDM和基于FMT的认知无线电通信系统的结构、工作原理以及两种传输方案中存在的问题。第三部分针对OFDM系统中带外泄漏的抑制技术作了研究,鉴于已提出的干扰抵消子载波（CCs）算法硬件实现成本较大的不足,提出改进的CCs算法,并对两种方法的旁瓣抑制效果和硬件实现复杂度进行了评估。第四部分针对非重叠FMT及半重叠FMT系统中的载波间干扰（ICI）消除技术做了研究,提出一种基于积分梳状（CIC）滤波器组的半重叠FMT系统,推导了基于CIC滤波器组的FMT（CICFB-FMT）多载波系统的ICI模型,并且在有系统频偏的情况下对CICFB-FMT、OFDM和传统半重叠FMT系统的抗ICI性能进行了对比。第五部分针对认知无线电系统中发射天线对频谱感知天线的干扰抑制进行了研究,提出基于自适应滤波的干扰抵消方法,并且利用System Generator工具进行了FPGA实现验证。第六部分总结全文,指出研究中的不足之处并且说明下一步的研究重点。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 认知无线电系统
• 1.2.1 发展背景
• 1.2.2 基本原理
• 1.2.3 关键技术
• 1.3 本文研究目的
• 1.4 本文主要贡献
• 1.5 本文内容安排
• 1.6 本章小结
• 第二章 多载波认知无线电系统
• 2.1 引言
• 2.2 多载波通信系统
• 2.3 OFDM 认知无线电系统
• 2.3.1 OFDM 多载波通信系统
• 2.3.2 OFDM 认知系统工作原理
• 2.3.3 OFDM 认知系统的频谱特性
• 2.4 FMT 认知无线电系统
• 2.4.1 FMT 多载波通信系统
• 2.4.2 FMT 认知系统工作原理
• 2.5 OFDM 与FMT 的关系
• 2.6 本章小结
• 第三章 OFDM 系统中的旁瓣抑制
• 3.1 引言
• 3.2 改进CCs 算法原理
• 3.3 仿真结果及分析
• 3.3.1 无循环前缀
• 3.3.2 有循环前缀
• 3.4 本章小结
• 第四章 FMT 系统中的ICI 消除
• 4.1 引言
• 4.2 基于CIC 滤波器的FMT
• 4.2.1 CIC 滤波器
• 4.2.2 CICFB-FMT 系统
• 4.3 CICFB-FMT 系统的ICI
• 4.3.1 ICI 数学模型
• 4.3.2 仿真结果
• 4.4 本章小结
• 第五章 认知系统的自适应干扰抵消
• 5.1 引言
• 5.2 自适应干扰抵消系统
• 5.2.2 自适应滤波器
• 5.2.3 自适应干扰抵消系统结构
• 5.2.4 干扰抵消系统FPGA 实现
• 5.2.5 仿真结果
• 5.3 本章小结
• 第六章 总结
• 6.1 主要工作及贡献
• 6.2 下一步研究重点
• 致谢
• 参考文献
• 硕士研究生期间的研究成果
• 个人简历