認(rèn)知無線電實(shí)驗(yàn)終端的軟件設(shè)計(jì)和OFDM導(dǎo)頻輔助信道估計(jì)算法的實(shí)現(xiàn)碩士

1、認(rèn)知無線電實(shí)驗(yàn)終端的軟件設(shè)計(jì)和OFDM導(dǎo)頻輔助信道估計(jì)算法的實(shí)現(xiàn)Software Design of Cognitive Radio Experimental Terminal and Implementation of OFDM PSAM Channel EstimationA thesis submitted toXian Jiaotong Universityin partial fulfillment of the requirementsfor the degree ofMaster of Engineering ScienceByKun Niu(Information and Co

2、mmunication Engineering)Supervisor: Associate Prof. Xinmin LuoMay 2008論文題目：認(rèn)知無線電實(shí)驗(yàn)終端的軟件設(shè)計(jì)和OFDM導(dǎo)頻輔助信道估計(jì)算法的實(shí)現(xiàn)學(xué)科專業(yè)：信息與通信工程申請(qǐng)人：牛坤指導(dǎo)教師：羅新民 副教授摘 要 本研究得到國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（“863”計(jì)劃）項(xiàng)目（編號(hào)：2005AA123940）;陜西省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（2006F41）；陜西省科技攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目（2005K04-G11）資助。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技術(shù)，為了對(duì)認(rèn)知無線電的理論方法和禮儀協(xié)

3、議進(jìn)行更深入的實(shí)驗(yàn)評(píng)估和研究，項(xiàng)目組在第一版實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，研制了第二版認(rèn)知無線電實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。論文主要完成了第二版認(rèn)知無線電實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中的基帶和中頻部分的軟件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了基于OFDM的無線通信功能，并在實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了OFDM導(dǎo)頻輔助的信道估計(jì)算法。論文首先介紹了認(rèn)知無線電實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)，總體結(jié)構(gòu)和性能指標(biāo)。接著介紹了實(shí)驗(yàn)終端上/下變頻器件和D/A器件的軟件配置，分析并解決了頻譜翻轉(zhuǎn)，子載波鏡像，高頻子載波幅度衰減等問題。論文設(shè)計(jì)了基帶和中頻各模塊間的軟件接口，包括接收通道下變頻器件與同步模塊、DSP與同步模塊、DSP與譯碼模塊間的接口，保證數(shù)據(jù)能夠正確傳輸。然后介紹了DSP片內(nèi)外設(shè)的配置情

4、況以及一些初始化配置。之后對(duì)如何提高系統(tǒng)有效數(shù)據(jù)率作了討論，列出了實(shí)現(xiàn)過程中所能達(dá)到的技術(shù)參數(shù)。隨后在總結(jié)常見的OFDM導(dǎo)頻輔助信道估計(jì)方法的基礎(chǔ)上，論文給出了適合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的信道估計(jì)實(shí)現(xiàn)方案，完成了算法的DSP實(shí)現(xiàn)，通過對(duì)程序的時(shí)間和空間復(fù)雜度的分析，表明算法能夠滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)的時(shí)序要求。最后論文設(shè)計(jì)了閉環(huán)測(cè)試程序，并在FDD工作方式下對(duì)誤比特率進(jìn)行了測(cè)試和分析，驗(yàn)證了實(shí)現(xiàn)方案能夠滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)的傳輸質(zhì)量要求。論文提到的認(rèn)知無線電實(shí)驗(yàn)終端軟件設(shè)計(jì)已完成并調(diào)試成功，系統(tǒng)能夠正常工作。實(shí)現(xiàn)了OFDM導(dǎo)頻輔助信道估計(jì)算法，算法能夠滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)的時(shí)序和傳輸質(zhì)量要求。關(guān) 鍵 詞：認(rèn)知無線電實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)；正交頻分

5、復(fù)用；信道估計(jì)；DSP論文類型：應(yīng)用研究Title: Software Design of Cognitive Radio Experimental Terminal and Implementation of OFDM PSAM Channel EstimationSpeciality:Information and Communication EngineeringApplicant:Kun NiuSupervisor:Associate Prof. Xinmin LuoABSTRACT Funded by“The research was supported by the Hi-tech

6、 Rearch and Development Program of China (“863”Plan)(NO.2005AA123910)“,“The Nature Science Fundation of Shaanxi Province(NO.2006F41)”,“The Science and Technology Plan Foundation of Shaanxi Province(NO.2005K04-G11)”.Cognitive Radio is a smart technology used to improve the utilization of spectrum res

7、ource.In order to verify not only the theory of Cognitive Radio technology, but also the etiquette and protocol of Cognitive Radio, we designed a new cognitive radio experimental system. This thesis mainly focuses on software design of the baseband and IF of the receiving module,the implementation o

8、f wireless communication of the second edition CR experimental system and the implementation of OFDM channel estimation based on the second edition CR experimental system.The content of the thesis can be summarized as follows:Firstly,design object,total stucture,and parameters of CR experimental sys

9、tem were introduced.Secondly,the software configuration of IF devices was introduced,then the thesis analysized the reasons of spectrum flip,subcarrier mirror, high-frequency attenuation of subcarrier.The design of interfaces between modules of baseband and IF,such as the interface between receiving

10、 module and sync module,the interface beween DSP and sync module and the interface between DSP and decoding module,was proposed.Through these interfaces data can be transmitted smoothly.Then the configuration of DSP was introduced.Then the thesis discussed how to improve the data race.Thirdly, on th

11、e basis of the introduction of common OFDM PSAM channel estimation,the thesis introduced an implementation method of channel estimation for the CR experimental system and completed the DSP implementation of the algorithm. The time and space complexity of the algorithm was analysized.The result is th

12、at the algorithm can meet the timing requirements.Through the closed-loop test program,the BER was tested and analysized.The result is that the method can match the transmission quality requirements of the system.Software design of CR terminal has already been finished.The system can work normally.T

13、he implementation has already been finished too,and the conclusion that the algorithm can match the timing and quality requirements of the system is made.KEY WORDS: Cognitive radio experimental system; OFDM; Channel estimation; DSPTYPE OF THESIS: Applied Research目 錄1 緒論11.1 選題意義及應(yīng)用背景11.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析11

14、.3 本文研究的主要工作和結(jié)構(gòu)安排32 認(rèn)知無線電系統(tǒng)概述52.1 認(rèn)知無線電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)52.2 認(rèn)知無線電實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)5 認(rèn)知無線電實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)5 認(rèn)知無線電終端6 認(rèn)知無線電實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)參數(shù)72.3 本章小結(jié)83 認(rèn)知無線電實(shí)驗(yàn)終端中頻和基帶模塊的軟件設(shè)計(jì)93.1 中頻器件的配置9 發(fā)送模塊中頻器件的配置9 接收模塊中頻器件的配置143.2 基帶和中頻各模塊間的接口設(shè)計(jì)193.2.1 GC1012B與同步模塊的接口19 同步模塊與DSP的接口20 譯碼模塊與DSP的接口213.3 DSP的初始化設(shè)置22 外部存儲(chǔ)器接口23 擴(kuò)展的直接存儲(chǔ)器訪問23 中斷24 通用輸入/輸出

15、外設(shè)253.4 關(guān)于提高有效數(shù)據(jù)率的討論263.5 本章小結(jié)284 OFDM信道估計(jì)技術(shù)294.1 無線信道特性29 大尺度衰落29 小尺度衰落304.2 OFDM信道估計(jì)33 發(fā)送端導(dǎo)頻的選擇與插入33 接收端導(dǎo)頻位置信道信息獲取34 數(shù)據(jù)子載波位置信道信息獲取364.3 本章小結(jié)385 OFDM信道估計(jì)在認(rèn)知無線電系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)395.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)整體對(duì)接結(jié)構(gòu)395.2 實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)和參數(shù)的確定405.3 OFDM信道估計(jì)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)42 在時(shí)域糾小數(shù)倍頻偏435.3.2 FFT變換45 塊狀導(dǎo)頻作信道估計(jì)46 分散導(dǎo)頻作信道估計(jì)495.4 算法復(fù)雜度和性能分析49 復(fù)雜度分析49 性能分析

16、515.5 本章小結(jié)536 總結(jié)與展望546.1 總結(jié)546.2 展望54致 謝56參考文獻(xiàn)57聲明CONTENTS1 Preface11.1 Topic Signifacance and Background11.2 Status quo of the Research11.3 Main Work and Structure in the Dissertation32 Summary of Cognitive Radio System52.1 Designing Goals of CR Experimental System52.2 Structure of CR Experimental

17、System5 Network Topology Structure5 CR Terminal62.2.3 Parameters of CR Experimental System72.3 Brief Summary83 Software Design of IF and Baseband Modules of CR System93.1 IF Devices Configuration9 Send Module IF Device Configuration9 IF Receiver Module Device Configuration153.2 Design of Baseband an

18、d IF Interfaces between the Various Modules19 Design of Interface between GC1012B and SYNC Module20 Design of Interface between SYNC Module and DSP20 Design of Interface between Decoding Module and DSP213.3 DSP Configuration22 External Memory Interface Design23 EDMA Configuration23 Interrupt Configu

19、ration24 GPIO Configuration253.4 Discussion on the Improvement of Effective Data Rate263.5 Brief Summary284 Research of OFDM Channel Estimation Method294.1 Characteristics of Wireless Channel29 Large-scale Decline29 Small-scale Decline304.2 OFDM Channel Estimation334.2.1 Pilot Insertion Method in Se

20、nd Module33 Channel Estimation of Pilot Subcarrier34 Channel Estimation of Data Subcarrier364.3 Brief Summary385 Implementation of Channel Estimation in CR System395.1 Structure of the Experimental docking System395.2 Design Expermental Method and Parameters405.3 Design and Implementation of OFDM Ch

21、annel Estimation42 Correct the Frequency Offset in Time Domain43 FFT45 Correct the Frequency Offset in Frequency Domain46 Channel Estimation by Scattered Pilot495.4 Algorithm Complexity and Performance Analysis495.4.1 Algorithm Complexity Analysis495.4.2 Performance Analysis515.5 Brief Summary536 Co

22、nclusions and Suggestions546.1 Conclusions546.2 Suggestion54Acknowledgements56References57Declaration在每一章的末尾插入下一章的MathType的章標(biāo)記（打印前將其字體顏色變?yōu)榘咨?，在打印預(yù)覽中看不見即可）：1 緒論1.1 選題意義及應(yīng)用背景無線頻譜是一種珍貴的自然資源，它的分配利用通常是由無線電法規(guī)部門確定的。目前世界各國(guó)采用的是基于靜態(tài)頻帶分配的原則和方案。近年來，通信界普遍認(rèn)識(shí)到，靜態(tài)頻帶分配是造成當(dāng)前頻譜資源日趨缺乏的一個(gè)主要原因。2002年11月，美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)（FCC）發(fā)布了一項(xiàng)

23、由Spectrum-Policy Task Force提交的旨在有效管理美國(guó)頻譜資源的報(bào)告1。該報(bào)告明確指出：“在許多頻帶，頻譜的準(zhǔn)入是一個(gè)比頻譜資源本身稀缺更加重要的問題，很大程度上由于法規(guī)限制了這些頻譜上的潛在用戶獲得準(zhǔn)入?！笔聦?shí)確實(shí)如此，如果審視各類地域的頻譜占用率，將會(huì)發(fā)現(xiàn)一些頻帶在絕大多數(shù)時(shí)間是未被占據(jù)的；一些頻帶是部分時(shí)間被占據(jù)的；而另外一些頻帶則是被密集使用的2。這種頻譜利用不均的情況引導(dǎo)通信業(yè)界研究人員去思考“頻譜空穴”（Spectrum Holes）3這樣一個(gè)嶄新概念，即“一個(gè)頻譜空穴是分配給授權(quán)用戶的頻帶，但是，在某一指定時(shí)間和空間，在授權(quán)用戶不占用這一頻帶的情況下，此頻帶

24、可以被其他用戶使用?！边@樣，頻譜資源的潛在利用率可以得到明顯提高。為了解決當(dāng)前這種低效率的頻譜管理方式與不斷增長(zhǎng)的頻譜資源需求之間的矛盾，瑞典的Joseph Mitola博士于1999年在軟件無線電的基礎(chǔ)上，提出了認(rèn)知無線電（Cognitive Radio, CR）的概念。認(rèn)知無線電技術(shù)相應(yīng)的被認(rèn)為是未來探索頻譜空穴特性、高效利用無線頻譜的主要手段。為了對(duì)認(rèn)知無線電的理論方法和禮儀協(xié)議進(jìn)行深入的研究和實(shí)驗(yàn)評(píng)估，項(xiàng)目組設(shè)計(jì)了認(rèn)知無線電實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。認(rèn)知無線電實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)通信采用OFDM調(diào)制方式，在無線傳輸環(huán)境中，信道的時(shí)域與頻域響應(yīng)是時(shí)變的；多徑引起的頻率選擇性衰落在不同的子載波上也表現(xiàn)出衰落的不一致性

25、，從而導(dǎo)致OFDM符號(hào)各個(gè)數(shù)據(jù)子載波上出現(xiàn)畸變的不均勻性。為了達(dá)到高速率的數(shù)據(jù)傳輸，需要在OFDM系統(tǒng)中使用正交幅度調(diào)制（如16QAM，64QAM等）等調(diào)制方式，為了保證系統(tǒng)的性能不受信道多徑和衰落效應(yīng)的影響，就需要采用信道估計(jì)的方法跟蹤信道響應(yīng)的變化。信道估計(jì)的目的就是估計(jì)出信道的時(shí)域或頻域響應(yīng)，對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行校正和恢復(fù)，以獲得相干檢測(cè)的性能增益，并提高數(shù)據(jù)傳輸速率。1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析 “認(rèn)知無線電”這個(gè)詞最早由Joseph Mitola在1999年提出4-6。他描述了認(rèn)知無線電怎樣通過一種稱作“無線電知識(shí)表達(dá)語(yǔ)言（RKRL）”的新語(yǔ)言來提高個(gè)人無線業(yè)務(wù)的靈活性。隨后，Mitol

26、a的博士論文5這樣描述認(rèn)知無線電：無線數(shù)字設(shè)備和相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)在無線電資源和通信方面具有充分的計(jì)算智能來探測(cè)用戶通信需求，并根據(jù)這些需求來提供最適合的無線電資源和無線業(yè)務(wù)。這被認(rèn)為最終會(huì)演進(jìn)成一個(gè)擴(kuò)展的軟件無線電平臺(tái)一個(gè)能夠根據(jù)網(wǎng)絡(luò)或（和）用戶要求完全重新配置通信功能、參數(shù)的無線黑盒子。在Mitola的認(rèn)知無線電中，在作出改變運(yùn)行參數(shù)的決定的時(shí)候，無線節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)觀察到的每一個(gè)可能的參數(shù)都被考慮到，所以Mitola的認(rèn)知無線電通常被稱為“全認(rèn)知無線電”。然而，到目前為止，這樣的認(rèn)知無線電還沒有被實(shí)現(xiàn)過。當(dāng)今的無線網(wǎng)絡(luò)采用的是固定頻譜分配政策，即無線頻譜資源的規(guī)劃和使用是由政府部門制定的，收發(fā)機(jī)對(duì)它的

27、使用需要得到政府的許可。然而，各國(guó)的無線電法規(guī)制定部門，比如美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)（FCC）發(fā)現(xiàn)無線頻譜資源并沒有得到充分利用7,8。FCC 2003年底的NPRM8指出目前分配出的頻段利用率是從15%-85%不等，某些頻帶如移動(dòng)手機(jī)網(wǎng)絡(luò)的頻帶是超負(fù)荷的，但是諸如業(yè)余無線電等相當(dāng)多頻段并沒有得到充分使用。并且，頻譜利用率在不同的空間和時(shí)間段也是不同的。然而，縱然擁有頻譜使用批準(zhǔn)的授權(quán)用戶很少使用分配給他們的頻段，法規(guī)也限制了那些潛在的、但不具備使用許可的用戶的準(zhǔn)入。盡管固定頻譜分配政策在過去很有效，但在最近幾年，無線業(yè)務(wù)急劇增長(zhǎng)，對(duì)有限的頻譜的需求也隨之劇增，這就挑戰(zhàn)了傳統(tǒng)頻譜政策的有效性。有限的

28、可利用頻譜及頻譜利用率的低下等問題使得一種全新的、優(yōu)化使用頻譜的無線通信模式變得十分必要。因此，研究一般認(rèn)為動(dòng)態(tài)頻譜接入（Dynamic Spectrum Access）是解決目前頻譜低效利用的有效技術(shù)。人們開始考慮允許未授權(quán)用戶在對(duì)授權(quán)用戶不產(chǎn)生任何干擾的情況下來使用已分配的許可頻段。這樣一種無線通信也被稱作認(rèn)知無線電。由于這種認(rèn)知無線電僅僅以無線頻譜為關(guān)注對(duì)象，因此被稱作頻譜感知認(rèn)知無線電（Spectrum Sensing Cognitive Radio）。如今，人們對(duì)認(rèn)知無線電的研究絕大多數(shù)仍舊集中在頻譜感知認(rèn)知無線電上尤其是研究利用電視廣播（TV）頻段進(jìn)行通信，盡管認(rèn)知無線電最初被認(rèn)為

29、是基于軟件無線電的擴(kuò)展（Mitola的認(rèn)知無線電）。認(rèn)知無線電必然會(huì)改變傳統(tǒng)的無線電頻譜資源分配制度。認(rèn)知無線電系統(tǒng)中的認(rèn)知無線電用戶可以根據(jù)獲取的頻譜使用情況智能的改變所使用的頻譜資源，從而可以大大提高頻譜利用率。認(rèn)知無線電技術(shù)的一個(gè)難點(diǎn)是認(rèn)知無線電用戶如何感知周圍無線環(huán)境。早期的方法是認(rèn)知無線電用戶周期性的對(duì)所有可以使用的頻譜資源進(jìn)行掃描。然而這種操作即費(fèi)時(shí)又耗能，并且不具有實(shí)用性。Oliver Holland等人提出了資源感知信道的概念（Resource Awareness Channel,RAC）9。RAC是一個(gè)固定頻率的隨機(jī)接入通用信道，所有使用認(rèn)知無線電頻譜資源的無線電用戶在RAC

30、上傳輸頻譜資源利用的信息。利用這種方法，每個(gè)認(rèn)知無線電用戶可以監(jiān)聽RAC，然后判斷如果改變發(fā)送的頻譜資源會(huì)對(duì)區(qū)域內(nèi)無線電用戶所造成的影響。而且這種方法是可擴(kuò)展的，它不僅可以用于頻譜資源的分配，如果容量和技術(shù)允許，它也可以應(yīng)用于其它資源的分配，例如時(shí)隙（TDMA）和碼片（CDMA）。目前國(guó)際上對(duì)認(rèn)知無線電研究大多基于Fatih Capar等人給出的一種簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)的認(rèn)知無線電的定義10，即認(rèn)知無線電用戶可以檢測(cè)出某個(gè)頻段的授權(quán)用戶是否正在發(fā)射信號(hào)，如果有則認(rèn)為有授權(quán)用戶在使用該頻段，如果沒有則認(rèn)為可以利用這個(gè)頻段來進(jìn)行通信；同時(shí)認(rèn)知無線電用戶還必須保證，在它使用授權(quán)頻段的過程中，一旦發(fā)現(xiàn)授權(quán)用

31、戶重新開始工作，則能夠立即停止對(duì)該頻段的使用，對(duì)授權(quán)用戶產(chǎn)生盡可能小的干擾。正交頻分復(fù)用(OFDM)是公認(rèn)的易于實(shí)現(xiàn)頻譜資源控制的傳輸技術(shù)，而認(rèn)知無線電系統(tǒng)的主要特征是機(jī)會(huì)式的利用頻譜資源以及子載波可重載。為了有效利用授權(quán)用戶傳輸中的頻譜空穴，認(rèn)知無線電系統(tǒng)需具備控制發(fā)射信號(hào)頻譜形狀的高度靈活性。而利用OFDM技術(shù)實(shí)現(xiàn)這樣具備高度靈活性的系統(tǒng)，是一種相當(dāng)合適的選擇。然而要想完全實(shí)現(xiàn)OFDM 技術(shù)所帶來的性能的提高，還需進(jìn)行相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，而信道估計(jì)就是其中之一。信道估計(jì)是通信領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)，它是進(jìn)行相關(guān)檢測(cè)，解調(diào)，均衡的基礎(chǔ)。OFDM多載波的出現(xiàn)，為信道估計(jì)技術(shù)的應(yīng)用提供了新的空間。從

32、最早的無分集的單載波信道估計(jì)到現(xiàn)在的有分集的多載波信道估計(jì)，從時(shí)域或頻域信道估計(jì)到現(xiàn)在的時(shí)頻域二維估計(jì)，信道估計(jì)的性能在不斷的提高。1.3 本文研究的主要工作和結(jié)構(gòu)安排本文是在國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（“863”計(jì)劃）（編號(hào)：AA123910）的資助下完成的。為了對(duì)認(rèn)知無線電系統(tǒng)的理論方法和禮儀協(xié)議進(jìn)行更深入的實(shí)驗(yàn)評(píng)估和研究，項(xiàng)目組在第一版實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，研制了第二版認(rèn)知無線電實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。論文作者主要完成如下工作：1）參與認(rèn)知無線電實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的硬件調(diào)試工作。主要包括DSP和FPGA之間數(shù)據(jù)的正常通信、DSP與各中頻器件間的接口測(cè)試，使DSP和FPGA能夠正常工作。2）在學(xué)習(xí)軟件無線電相關(guān)知識(shí)并閱讀

33、上/下變頻和D/A等中頻器件手冊(cè)的基礎(chǔ)上，完成了DSP對(duì)相關(guān)中頻器件的軟件配置，實(shí)現(xiàn)了DSP通過FPGA與中頻器件正常數(shù)據(jù)傳輸。解決了頻譜翻轉(zhuǎn)、子載波鏡像、高頻子載波受濾波器過渡帶衰減等問題，從而提高了有效數(shù)據(jù)率。3）通過編程對(duì)DSP片內(nèi)外設(shè)進(jìn)行了配置；設(shè)計(jì)了OFDM同步算法、信道估計(jì)算法、信道編碼等模塊間的的軟件接口。4）研究了復(fù)雜度較低的基于導(dǎo)頻輔助的OFDM信道估計(jì)算法。設(shè)計(jì)了適用于實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的信道估計(jì)方案，然后編寫DSP程序?qū)崿F(xiàn)了數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹?頻對(duì)接和射頻對(duì)接，完成了OFDM頻偏糾正及信道估計(jì)等相關(guān)算法的實(shí)現(xiàn)。5）通過CCS自帶的代碼剖析工具分析了解調(diào)程序的時(shí)間和空間復(fù)雜度，證明了信道估

34、計(jì)實(shí)現(xiàn)方案的可行性；通過設(shè)計(jì)基于實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的閉環(huán)測(cè)試程序?qū)Σ煌旁氡认陆庹{(diào)數(shù)據(jù)的誤比特率分析證明了實(shí)現(xiàn)方案的合理性。本文共分6章，各章安排如下：第一章，緒論，提出了選題意義及應(yīng)用背景，介紹了國(guó)內(nèi)外對(duì)于認(rèn)知無線電和OFDM信道估計(jì)的研究現(xiàn)狀。第二章，認(rèn)知無線電系統(tǒng)的概述，介紹了認(rèn)知無線電實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)，總體結(jié)構(gòu)和實(shí)驗(yàn)參數(shù)。第三章，認(rèn)知無線電系統(tǒng)中頻和基帶模塊的軟件設(shè)計(jì)，介紹了中頻器件的配置，和調(diào)試中出現(xiàn)的問題及相應(yīng)的解決方案；然后介紹了基帶和各中頻模塊的接口設(shè)計(jì)和DSP的片內(nèi)外設(shè)的配置；最后分析了實(shí)際應(yīng)用中對(duì)有效數(shù)據(jù)率的影響因素。第四章，OFDM信道估計(jì)技術(shù)，首先介紹了無線信道的特性，然后介紹

35、了常見OFDM導(dǎo)頻輔助的信道估計(jì)算法。第五章，OFDM信道估計(jì)在認(rèn)知無線電系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)，介紹了系統(tǒng)整體的對(duì)接結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了信道估計(jì)實(shí)現(xiàn)方案并確定了實(shí)驗(yàn)參數(shù)；詳細(xì)描述了實(shí)現(xiàn)各步驟的具體實(shí)現(xiàn)方法；最后進(jìn)行了算法復(fù)雜度和性能的分析。第六章，總結(jié)與展望，對(duì)全文做出了總結(jié)，展望了后續(xù)的研究工作。2 認(rèn)知無線電系統(tǒng)概述2.1 認(rèn)知無線電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的初步目標(biāo)是能夠在一定距離內(nèi)利用空閑電視頻道建立起來點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的無線通信，通信終端具有感知電視信號(hào)的出現(xiàn)和存在，及時(shí)切換到新的空閑頻道保持通信的能力，能夠驗(yàn)證認(rèn)知無線電智能、動(dòng)態(tài)頻譜管理特性。在實(shí)現(xiàn)初步目標(biāo)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步完成在特定空間范圍內(nèi)、已分配的若干（

36、連續(xù)或者不連續(xù)的）電視頻道上完成自動(dòng)檢測(cè)頻譜空穴11，自適應(yīng)調(diào)整載波（子載波）頻率、子載波個(gè)數(shù)、發(fā)射功率、編碼方式等系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行通信。電視發(fā)射機(jī)作為該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的一部分，選擇某一實(shí)驗(yàn)頻道發(fā)射電視信號(hào)，認(rèn)知無線電用戶要能夠針對(duì)此電視信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)和反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)還可以評(píng)估認(rèn)知無線電用戶對(duì)電視信號(hào)的干擾情況、認(rèn)知無線電用戶受外來發(fā)射機(jī)干擾的情況以及驗(yàn)證在認(rèn)知無線電用戶接入認(rèn)知無線電系統(tǒng)的過程中采用的禮儀和協(xié)議。2.2 認(rèn)知無線電實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)2.2.1 認(rèn)知無線電實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)采用有中心控制節(jié)點(diǎn)的分布式AdHoc網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)工作頻段為西安地區(qū)2640號(hào)電視頻道，頻率范圍從6

37、14734MHz，共120MHz的帶寬。實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)由多個(gè)小區(qū)組成，每個(gè)小區(qū)覆蓋范圍為300m。包括一個(gè)認(rèn)知無線電中心控制節(jié)點(diǎn)、四個(gè)認(rèn)知無線電用戶(CR用戶終端)、一個(gè)電視信號(hào)發(fā)射機(jī)(TV信號(hào)發(fā)射塔)和若干電視機(jī)(TV信號(hào)接收機(jī))。認(rèn)知無線電實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)如圖 21所示。圖 21 認(rèn)知無線電實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲行目刂乒?jié)點(diǎn)位于服務(wù)區(qū)域的中心，主要負(fù)責(zé)電視頻譜資源的分配以及認(rèn)知無線電用戶的呼叫接續(xù)的控制。而認(rèn)知無線電終端則隨機(jī)分布在服務(wù)區(qū)域中。任意兩個(gè)終端通過直達(dá)的認(rèn)知無線電鏈路進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，而不通過中心控制節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)接，但通信鏈路的建立和釋放則是在中心控制節(jié)點(diǎn)的控制下完成。在通信之前，主叫認(rèn)知無線

38、電終端會(huì)首先向中心控制節(jié)點(diǎn)申請(qǐng)一個(gè)可用的電視頻段，作為通信信道，然后在通信信道上與被叫認(rèn)知無線電終端進(jìn)行通信；當(dāng)在通信過程中，發(fā)現(xiàn)授權(quán)用戶出現(xiàn)，則會(huì)切換到控制信道重新建立通信。通信結(jié)束之后，認(rèn)知無線電終端則向中心控制節(jié)點(diǎn)釋放所申請(qǐng)的通信信道。認(rèn)知無線電終端與中心控制節(jié)點(diǎn)通過專用的控制信道傳遞信令信息，且假設(shè)電視信號(hào)發(fā)射機(jī)從開始到結(jié)束使用其授權(quán)頻段發(fā)射信號(hào)為一個(gè)時(shí)間較長(zhǎng)的過程，因此授權(quán)用戶工作的持續(xù)期遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于系統(tǒng)檢測(cè)授權(quán)用戶所需要的時(shí)間，同時(shí)設(shè)定服務(wù)區(qū)域的半徑為300米，遠(yuǎn)小于電視信號(hào)發(fā)射機(jī)的覆蓋范圍，因此可以認(rèn)為電視信號(hào)發(fā)射機(jī)的信號(hào)功率在本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)服務(wù)區(qū)域內(nèi)近似均勻分布。2.2.2 認(rèn)知無線電

39、終端一臺(tái)認(rèn)知無線電終端主要由物理層單元和鏈路層單元組成，應(yīng)用層在上位機(jī)上實(shí)現(xiàn)，如圖 22所示為認(rèn)知無線電終端示意圖。各層功能如下：圖 22 認(rèn)知無線電終端示意圖1）物理層能夠?qū)崿F(xiàn)編、解碼，調(diào)制、解調(diào)等功能，能將鏈路層送來的信息發(fā)送出去以及能將另一個(gè)認(rèn)知無線電用戶發(fā)來的信息（滿足一定信噪比要求）解調(diào)出來，然后送往鏈路層；認(rèn)知無線電用戶能對(duì)接收頻段內(nèi)授權(quán)用戶的出現(xiàn)進(jìn)行準(zhǔn)確的檢測(cè)，若檢測(cè)到授權(quán)用戶出現(xiàn)，能夠轉(zhuǎn)移到中心控制節(jié)點(diǎn)預(yù)先分配的新信道上繼續(xù)通信，并且操作員能對(duì)連接和無線頻譜資源進(jìn)行管理和配置。2）鏈路層主要需要在一定的誤比特率條件下完成數(shù)據(jù)包的分拆、合并以及差錯(cuò)校驗(yàn)等功能。3）應(yīng)用層將指定的數(shù)

40、據(jù)文件通過認(rèn)知無線電終端傳送到另一臺(tái)上位機(jī)中以及通過認(rèn)知無線電終端將數(shù)據(jù)文件再傳回來的過程。2.2.3 認(rèn)知無線電實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)參數(shù)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的中頻模擬信號(hào)的中心頻率是36MHz，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶寬為6.4MHz，采用帶通采樣，采樣率為51.2MHz。為了保證實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)能夠?qū)φJ(rèn)知無線電技術(shù)作一些簡(jiǎn)單的驗(yàn)證，本課題設(shè)計(jì)的主要技術(shù)指標(biāo)如下： 表 21 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)項(xiàng)目指標(biāo)（室內(nèi)）指標(biāo)（室外）頻段614-734MHz614-734MHz雙工方式FDDFDD實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)覆蓋區(qū)域半徑150m600m可容忍的時(shí)延擴(kuò)展的統(tǒng)計(jì)平均值0.625us2.5保護(hù)間隔的持續(xù)期2.5us10OFDM符號(hào)的有效持續(xù)期（插入CP前

41、）10us40OFDM符號(hào)的持續(xù)期（插CP后）12.5us10us2.5us50子載波頻率間隔1/10us=100kHz1/40=25kHz信道帶寬6.4 MHz6.4MHzFFT點(diǎn)數(shù)（N）6.4 M/100k=646.4M/25k=256CP點(diǎn)數(shù)G1664OFDM符號(hào)總點(diǎn)數(shù)80320總子載波個(gè)數(shù)64×0.8（約為52）208導(dǎo)頻子載波個(gè)數(shù)832可用子載波個(gè)數(shù)44176OFDM符號(hào)的速率1/12.5=80kBauds1/50=20kBauds總的數(shù)據(jù)符號(hào)的速率44×1/12.5=3.52MBauds3.52MBauds總的符號(hào)速率（加入導(dǎo)頻）52×1/12.5=4

42、.16MBauds4.16MBauds映射方式QPSKQPSK比特速率2×3.52Mbps7.04Mbps7.04Mbps發(fā)送階段：1)基帶處理模塊輸出，數(shù)字復(fù)基帶信號(hào)，數(shù)據(jù)率為6.4MSPS（兆樣點(diǎn)每秒），實(shí)部、虛部位寬均為14bits。2)數(shù)字上變頻輸出，數(shù)字實(shí)信號(hào)，數(shù)據(jù)率為102.4MSPS。3)模擬中頻輸出，中心頻率為36MHz，帶寬為6.4MHz。4)射頻捷變頻模塊輸出，頻率范圍為614MHz734MHz，信號(hào)帶寬為6.4MHz。接收階段：5)高頻頭模塊輸入，信號(hào)頻率范圍為614MHz734MHz，信號(hào)帶寬為6.4MHz。6)高頻頭輸出（模擬中頻模塊輸入），中頻模擬信號(hào)，中

43、心頻率36MHz。7)模擬中頻模塊輸出（ADC輸入），中頻模擬信號(hào)，中心頻率36MHz，帶寬為6.4MHz。8)數(shù)字下變頻輸入（ADC輸出），數(shù)字實(shí)信號(hào)，數(shù)據(jù)率為51.2MSPS，位寬為12bits。9)數(shù)字下變頻輸出（基帶處理單元輸入），數(shù)字復(fù)信號(hào)，數(shù)據(jù)率為6.4MSPS，實(shí)部、虛部位寬均為12bits。2.3 本章小結(jié)本章首先介紹了認(rèn)知無線電實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)，然后給出了該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，最后介紹了認(rèn)知無線電實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理流程和主要技術(shù)指標(biāo)。3 認(rèn)知無線電實(shí)驗(yàn)終端中頻和基帶模塊的軟件設(shè)計(jì)本課題要求建立一個(gè)通用的認(rèn)知無線電實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，在此平臺(tái)上進(jìn)行一系列CR相關(guān)理論的研究。為了保證此實(shí)

44、驗(yàn)平臺(tái)的通用性，項(xiàng)目組利用軟件無線電的思想對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)，這樣就可以在不改變硬件結(jié)構(gòu)的情況下，利用軟件編程實(shí)現(xiàn)不同的理論成果及相關(guān)算法?；谲浖o線電的思想，項(xiàng)目組認(rèn)知無線電實(shí)驗(yàn)終端的軟件設(shè)計(jì)包括：1）利用外處理器（DSP）通過軟件編程對(duì)終端的中頻器件如AD9857、GC1012B等進(jìn)行初始化配置，能夠根據(jù)不同需要即時(shí)改變相應(yīng)參數(shù)，使這些中頻器件按設(shè)計(jì)要求工作。2）認(rèn)知無線電實(shí)驗(yàn)終端基帶采用的是DSP+FPGA的設(shè)計(jì)，F(xiàn)PGA和DSP都承擔(dān)著基帶算法任務(wù)，因此必須要合理設(shè)計(jì)各算法模塊的接口，才能保證數(shù)據(jù)的正確傳輸。3）認(rèn)知無線電實(shí)驗(yàn)終端所使用的TMS320C6000系列DSP不僅運(yùn)算速度高，而且

45、片內(nèi)集成了許多外圍設(shè)備，支持多種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的接口協(xié)議，能夠提供高帶寬的數(shù)據(jù)I/O。在DSP初始化時(shí)必須要根據(jù)設(shè)計(jì)需要對(duì)使用到的片內(nèi)外設(shè)進(jìn)行配置，以使其按照設(shè)計(jì)要求工作。本章將對(duì)認(rèn)知無線電實(shí)驗(yàn)終端中頻和基帶模塊的軟件設(shè)計(jì)作詳細(xì)介紹。3.1 中頻器件的配置3.1.1 發(fā)送模塊中頻器件的配置發(fā)送模塊基帶和中頻的數(shù)據(jù)流如圖 31所示，發(fā)送DSP要完成對(duì)上位機(jī)傳來的數(shù)據(jù)的調(diào)制，還要配置AD9857并進(jìn)行中頻增益的控制。上位機(jī)將數(shù)據(jù)通過ARM子板經(jīng)過HPI接口傳給發(fā)送DSP，在DSP中對(duì)比特信息進(jìn)行位組合，然后通過EMIFB口送入到FPGA的編碼模塊對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行信道編碼，然后再通過EMIFB口讀回DSP，對(duì)數(shù)

46、據(jù)進(jìn)行QPSK或QAM星座映射，OFDM調(diào)制，插入導(dǎo)頻，最后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行峰均比抑制處理，并將數(shù)據(jù)通過EMIFB口經(jīng)FPGA中的FIFO緩存后送入到AD9857上變頻和D/A處理。下面對(duì)AD9857作簡(jiǎn)單介紹：圖 31 發(fā)送模塊基帶和中頻結(jié)構(gòu)圖1） AD9857簡(jiǎn)介AD9857是AD公司采用多項(xiàng)先進(jìn)的數(shù)字技術(shù)生產(chǎn)的具有高集成度的高性能正交數(shù)字上變頻器，它內(nèi)部集成了直接數(shù)字頻率合成器（DDS）、正交數(shù)字上變頻器、倍頻電路、多種數(shù)字濾波器、14位數(shù)模轉(zhuǎn)換器以及調(diào)制和控制電路，使其能夠在單片上完成單頻輸出、頻率調(diào)制、相位調(diào)制、幅度調(diào)制以及IQ正交調(diào)制等多種功能，廣泛應(yīng)用于通信和雷達(dá)領(lǐng)域。AD9857的接

47、口設(shè)計(jì)主要涉及到兩部分，一部分是并行口，完成I、Q數(shù)據(jù)的輸入，另一部分是串行口，完成AD9857芯片的一些控制設(shè)置和頻率控制字加載。AD9857有三種工作模式：正交調(diào)制模式（默認(rèn)）、單頻輸出模式和插值DAC模式。三種模式的選擇是通過對(duì)控制寄存器的編程來實(shí)現(xiàn)的，而這些編程是通過串口完成。下面對(duì)AD9857的三種工作模式做簡(jiǎn)單介紹：（1） 正交調(diào)制模式在正交調(diào)制模式下，I和Q數(shù)據(jù)路徑都是可用的。PDCLK/FUD引腳作為并行數(shù)據(jù)時(shí)鐘輸出，提供AD9857的輸入的同步信號(hào)，輸入數(shù)據(jù)必須與PDCLK的上升沿同步。一個(gè)I數(shù)據(jù)和一個(gè)Q數(shù)據(jù)組成一個(gè)內(nèi)部數(shù)據(jù)組，它們?cè)趦?nèi)部數(shù)據(jù)路徑上是并行傳輸?shù)?。DDS模塊提供

48、一個(gè)局部正交（SIN和COS）本振信號(hào)給正交調(diào)制器，在這里，I和Q數(shù)據(jù)與不同相位的載波相乘再相加（減），產(chǎn)生一個(gè)正交調(diào)制數(shù)據(jù)流。這些都是在數(shù)字域內(nèi)發(fā)生的，而且只有數(shù)字的數(shù)據(jù)流允許加到14位DAC，最后產(chǎn)生正交調(diào)制模擬信號(hào)。（2） 單頻輸出模式在單頻輸出模式下，PDCLK/FUD腳是輸入腳，并作為FUD（頻率更新）控制信號(hào)。在該模式下，DDS的余弦部分作為信號(hào)源，輸出信號(hào)由單一頻率組成，這個(gè)頻率是由每個(gè)幀中適當(dāng)?shù)目刂萍拇嫫鲀?chǔ)存的頻率調(diào)節(jié)字決定。在該模式下沒有14位并行數(shù)據(jù)提供給AD9857，內(nèi)部DDS核心依據(jù)頻率調(diào)制字產(chǎn)生一個(gè)單頻信號(hào)。然后單頻信號(hào)輸出，提供給反SINC濾波器和輸出幅度控制器，最

49、后，數(shù)字單頻信號(hào)通過14位DAC轉(zhuǎn)化成模擬信號(hào)。（3） 插值DAC模式在插值DAC模式下，DDS和調(diào)制器都不可用，而且只有I路數(shù)據(jù)路徑是激活的。與正交調(diào)制模式一致的是PDCLK腳為輸出腳，并作為AD9857輸入數(shù)據(jù)的同步時(shí)鐘。不同的是PDCLK按I路數(shù)據(jù)的頻率工作。這是因?yàn)橄鄬?duì)于正交調(diào)制模式時(shí)的交叉I/Q形式，在該模式下只有I路數(shù)據(jù)送往并口。在插值DAC模式下，并口提供數(shù)據(jù)輸出依然是基帶數(shù)據(jù)，沒有經(jīng)過調(diào)制。對(duì)信號(hào)進(jìn)行過采樣操作并保持原始信號(hào)的頻譜不變時(shí)，使用該模式。2） AD9857的配置DSP通過多通道緩沖串口（Multi-channel Buffered Serial Port,McBSP

50、）與AD9857的串口以SPI模式接口如圖 32所示，對(duì)AD9857進(jìn)行配置。C6000系列DSP的McBSP基本功能包括全雙工串行通信；雙緩沖數(shù)據(jù)寄存器，允許連續(xù)數(shù)據(jù)流；收發(fā)獨(dú)立的幀同步和時(shí)鐘信號(hào)；數(shù)據(jù)傳輸可以利用外部時(shí)鐘或片內(nèi)的可編程時(shí)鐘等。McBSP支持多種方式的接口模式，其中就包括SPI模式。SPI是Series Protocol Interface的縮寫，這是一個(gè)四根信號(hào)線的串行接口協(xié)議，包括主/從兩種模式。DSP通過McBSP與AD9857的接口對(duì)其進(jìn)行配置時(shí)，McBSP作為SPI主設(shè)備，AD9857作為從設(shè)備。如圖 32CLKX為時(shí)鐘信號(hào)，F(xiàn)SX為從設(shè)備使能信號(hào)，DX和DR分別為

51、數(shù)據(jù)輸出和輸入信號(hào)。圖 32 DSP配置AD9857在實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，除了在調(diào)試階段采用過單頻輸出模式外，系統(tǒng)都使用正交模式。通過FPGA鎖相環(huán)產(chǎn)生12.8MHz的時(shí)鐘送給AD9857的REFCLK引腳，作為AD9857的參考時(shí)鐘。要使AD9857正常工作，還要對(duì)內(nèi)部的8個(gè)8位控制寄存器進(jìn)行初始化配置，8個(gè)寄存器地址為00-07。下面對(duì)寄存器關(guān)鍵比特位的配置作簡(jiǎn)單介紹：設(shè)置寄存器00h的Bit4-Bit0為4，這樣AD9857內(nèi)部時(shí)鐘將由12.8MHz的REFCLK引腳時(shí)鐘倍頻為51.2MHz，所有AD9857內(nèi)部模塊的時(shí)鐘都由此51.2MHz的時(shí)鐘SYSCLK提供。寄存器01h的Bit6控制反S

52、INC濾波器是否使能。過采樣的載波數(shù)據(jù)流輸入給AD9857的內(nèi)部集成模塊DAC。DAC輸出頻譜具有SINC函數(shù)的特性，因此需要對(duì)其進(jìn)行反SINC函數(shù)濾波，因此Bit6要配為0，以使能反SINC濾波器。寄存器01h的Bit1-Bit0控制工作模式，配為0，表示工作在正交調(diào)制模式。認(rèn)知無線電實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中頻工作在36MHz，因此要通過寄存器05h-02h設(shè)置輸出頻率，36MHz*232/51.2MHz=FTWORD,將這四個(gè)寄存器配為B4000000。寄存器06h的Bit7-Bit2為CIC內(nèi)插率控制位。AD9857內(nèi)部有固定內(nèi)插濾波模塊和可編程內(nèi)插模塊，固定內(nèi)插為4倍內(nèi)插，可編程內(nèi)插范圍為2-63倍

53、，因此輸入數(shù)據(jù)的內(nèi)插范圍為8-252倍。反CIC濾波器用于預(yù)先補(bǔ)償CIC（積分梳狀濾波器）的幅度衰減，因此寄存器06h的Bit0位要設(shè)為0，以使能反CIC濾波器?？梢酝ㄟ^改變AD9857的內(nèi)插率來調(diào)整輸入到AD9857的數(shù)據(jù)的時(shí)鐘進(jìn)而改變OFDM符號(hào)帶寬，如圖 33所示為通過改變可編程內(nèi)插率來改變符號(hào)帶寬在發(fā)送端中頻用頻譜分析儀觀測(cè)到的不同帶寬信號(hào)。(a) (b)(c) (d)(a)3.2MHz帶寬 (b)1.6MHz帶寬 (c)0.8MHz帶寬 (d)0.4MHz帶寬圖 33 通過改變AD9857寄存器值改變帶寬3） 調(diào)試中出現(xiàn)的問題及解決方法（1） 調(diào)試中出現(xiàn)的問題在認(rèn)知無線電實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，

54、在發(fā)送端發(fā)送OFDM數(shù)據(jù)，比如對(duì)于一個(gè)64子載波OFDM符號(hào)在頻域使用5-25的奇數(shù)號(hào)子載波上傳QPSK調(diào)制數(shù)據(jù)，在接收端對(duì)接收數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，如圖 34 (a)所示為對(duì)接收數(shù)據(jù)畫幅頻圖，5-25子載波上數(shù)據(jù)的幅度有一個(gè)遞增的衰減，而且除了在原來的子載波號(hào)上有數(shù)據(jù)外，在41-61的奇數(shù)號(hào)子載波上也會(huì)產(chǎn)生鏡像，但實(shí)際上在這些子載波上本來沒有傳任何數(shù)據(jù)。這樣如果OFDM符號(hào)在41-61的奇數(shù)子載波號(hào)上也調(diào)制數(shù)據(jù)的話，將與5-25子載波上的數(shù)據(jù)相互影響，導(dǎo)致不能正確解調(diào)。(a)(b)(a)接收端數(shù)據(jù)幅頻圖 (b)發(fā)送端中頻模擬信號(hào)頻譜圖圖 34 頻譜鏡像接收端和發(fā)送端的頻譜特性（2） 問題分析在中頻，

55、將輸出的中頻信號(hào)通過SMA線連到頻譜分析儀觀察輸出頻譜特性，如圖 34 (b)所示，可以看出在發(fā)送端中頻輸出之后的信號(hào)的頻譜幅度隨著子載波號(hào)的增加幅度衰減而且會(huì)產(chǎn)生鏡像，因此，確定問題出在發(fā)送端中頻器件這里。AD9857輸入引腳TxENABLE被置為高時(shí)，IQ數(shù)據(jù)輸入使能，接下來第一個(gè)PDCLK時(shí)鐘上升沿為I路數(shù)據(jù)，下來為Q路數(shù)據(jù)，依次類推，當(dāng)TxENABLE為高電平的周期內(nèi)必然有偶數(shù)個(gè)PDCLK上升沿，以使IQ匹配。通過QuartusII自帶的邏輯分析工具SignalTap抓取的時(shí)序圖分析顯示，送入AD9857的數(shù)據(jù)不滿足時(shí)序要求。DSP要往AD9857寫的數(shù)據(jù)應(yīng)該是但實(shí)際上讀入AD9857

56、的數(shù)是，IQ不匹配導(dǎo)致了不同子載波產(chǎn)生不同幅度衰減并產(chǎn)生鏡像子載波的情況。另外，AD9857的固定4倍內(nèi)插模塊是通過兩個(gè)半帶濾波器實(shí)現(xiàn)的，原始數(shù)據(jù)通過此模塊后即被4倍過采樣。兩個(gè)級(jí)連的半帶濾波器的通帶為奈奎斯特頻率的80%。阻帶為120%-400%奈奎斯特頻率，最少會(huì)產(chǎn)生85dB的衰減?？捎脦挄?huì)限制通過AD9857的數(shù)據(jù)流的數(shù)據(jù)率。所以通過上述對(duì)級(jí)聯(lián)半帶濾波器傳輸特性的分析，為了使幅度錯(cuò)誤不超過1dB，輸入信號(hào)的帶寬不能超過奈奎斯特頻率的90%。而且根據(jù)AD9857器件手冊(cè)的建議發(fā)送端提供給AD9857的數(shù)據(jù)要至少已經(jīng)是二倍過采樣的數(shù)據(jù)。（3） 解決方法在DSP往AD9857中寫的數(shù)組前面加一個(gè)0，這樣就可以避免IQ不匹配的問題。對(duì)于高頻子在波通過固定內(nèi)插模塊后會(huì)有幅度衰減的問題需要對(duì)OFDM數(shù)據(jù)在基帶進(jìn)行過采樣，就可以將數(shù)據(jù)的帶寬限制在濾波器通帶的平坦部分。如果不預(yù)先對(duì)數(shù)據(jù)過采樣，邊帶會(huì)產(chǎn)生6dB甚至更多的衰減。對(duì)OFDM符號(hào)進(jìn)行過采樣可以通過IFFT/FFT來實(shí)現(xiàn)，做IFFT運(yùn)算時(shí)，需要在原始的N個(gè)輸入值的中間添加(p-1)N個(gè)零。下面以p=4為例來說明這種過采樣的實(shí)現(xiàn)。輸入的N個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)表示頻域數(shù)據(jù)符號(hào)，經(jīng)過IFFT變換后，得到時(shí)域