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第四代移动通信基站数字上变频和峰均比控制技术

作　者: 陈晓亮
导　师: 唐友喜
学　校: 电子科技大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: LTE-Advanced 数字上变频峰均比脉冲对消噪声成形
分类号: TN929.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

2010年10月,LTE-Advanced被正式确立为第四代移动通信技术标准之一,带宽支持100MHz,下行峰值速率达到1Gbit/s,上行峰值速率达到500Mbit/s[1]。瑞典于2009年开始部署首个基于LTE的商用4G基站,现在4G网络已覆盖瑞典25个城市。中国移动作为中国最大的电信运营商,计划2011年在国内六大城市部署3060个TDD-LTE基站。LTE-Advanced下行链路采用OFDM调制方式,信号具有很高的峰均比。为保证信号不失真,功率放大器需要功率回退,导致效率降低,增加基站的运营成本。峰均比控制技术可以降低信号的峰均比,从而提高功率放大器的效率;数字上变频技术将基带信号变换为适合射频处理的信号。首先,分析了LTE-Advanced下行链路物理层协议,仿真了基于TDD模式的下行发射信号模型,信号带宽为20MHz,PAPR为9.61dB。其次,针对数字上变频技术,提出了单级和多级实现两种方案:单级实现方案:仿真确定了FIR低通滤波器的优化参数值:β选择4,6dB截止频率选择10.4MHz,滤波器的阶数确定为160,DUC后信号的带宽为100MHz,PAPR为9.73dB,EVM为1.29%,ACLR为64.8dB。多级实现方案:第一级上采三倍,滤波器采用基于Kaiser窗的FIR低通滤波器,阶数为78阶;第二级上采两倍,滤波器采用半带滤波器,阶数为40阶,DUC后信号的带宽为100MHz,PAPR为9.66dB,EVM为1.36%,ACLR为65.2dB。再次,针对峰均比控制技术,仿真比较了简单限幅法、峰值加窗法、噪声成形法和脉冲对消法,结果表明脉冲对消法的性能最优,作为实现方案。脉冲长度选择127、峰值点采用直接选取法、限幅率选择2.1,信号源是100MHz的LTE-A信号,两次迭代限幅后信号的性能为PAPR降到6.48dB,EVM为4.81%,ACLR为65.1dB。最后,给出了DUC和CFR硬件实现的总体设计,测试限幅后信号的实际性能指标为:PAPR降低到6.52dB,EVM为4.89%,ACLR为64.7dB,与仿真结果一致,达到了既定的设计目标。本文研究内容可直接应用于第四代移动通信基站中。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-18
第一章绪论  18-21
  1.1 研究背景  18-19
  1.2 研究意义  19
  1.3 内容及结构安排  19-21
第二章 LTE-A 发射信号模型  21-33
  2.1 引言  21
  2.2 LTE-A 帧结构  21-23
    2.2.1 FDD 帧格式  21-22
    2.2.2 TDD 帧格式  22-23
  2.3 下行链路时频资源  23-27
    2.3.1 资源栅格  23-25
    2.3.2 资源粒子  25
    2.3.3 资源块  25-27
  2.4 下行物理信道信号处理  27-30
    2.4.1 加扰  27-28
    2.4.2 调制  28
    2.4.3 层映射  28-29
    2.4.4 预编码  29-30
    2.4.5 资源粒子映射  30
  2.5 性能指标  30-31
    2.5.1 邻信道泄露功率比  30
    2.5.2 误差矢量幅度  30-31
  2.6 发射信号模型仿真  31-32
    2.6.1 仿真参数设置  31-32
    2.6.2 仿真性能  32
  2.7 小结  32-33
第三章数字上变频技术现状  33-45
  3.1 引言  33
  3.2 采样定理  33-36
    3.2.1 低通采样定理  33-35
    3.2.2 带通采样定理  35-36
  3.3 采样率变换  36-40
    3.3.1 内插  36-38
    3.3.2 抽取  38-39
    3.3.3 级联实现  39-40
  3.4 数字滤波器  40-44
    3.4.1 FIR 滤波器  40
    3.4.2 半带滤波器  40-41
    3.4.3 级联积分梳状滤波器  41-44
  3.5 小结  44-45
第四章峰均比控制技术现状  45-58
  4.1 引言  45-46
  4.2 峰均比定义  46
  4.3 峰均比控制技术分类  46-48
  4.4 限幅类峰均比控制技术  48-57
    4.4.1 简单限幅法  48-51
    4.4.2 峰值加窗法  51-54
    4.4.3 噪声成形法  54-57
  4.5 小结  57-58
第五章 LTE-A 数字上变频方案  58-73
  5.1 引言  58
  5.2 算法设计  58-69
    5.2.1 单级方案  58-65
    5.2.2 多级方案  65-69
  5.3 仿真结果  69-72
    5.3.1 单级DUC 性能  69-70
    5.3.2 多级DUC 性能  70-72
  5.4 小结  72-73
第六章 LTE-A 峰均比控制方案  73-85
  6.1 引言  73-74
  6.2 算法设计  74-78
    6.2.1 脉冲设计  75-76
    6.2.2 峰值查找  76-77
    6.2.3 对消分配  77-78
    6.2.4 比例计算  78
  6.3 仿真结果  78-84
    6.3.2 脉冲长度  78-80
    6.3.3 峰值点  80-81
    6.3.4 迭代次数  81-83
    6.3.5 限幅率  83-84
  6.4 小结  84-85
第七章硬件实现与验证  85-93
  7.1 引言  85
  7.2 总体设计  85-86
  7.3 子模块设计  86-89
    7.3.1 时钟模块  86
    7.3.2 数字上变频模块  86-87
    7.3.3 峰均比控制模块  87-88
    7.3.4 MPC 接口模块  88-89
  7.4 性能测试  89-91
    7.4.1 PAPR 测试  89-90
    7.4.2 ACLR 测试  90-91
    7.4.3 EVM 测试  91
  7.5 小结  91-93
第八章结束语  93-95
  8.1 全文总结  93
  8.2 下一步工作方向  93-95
致谢  95-96
参考文献  96-99
个人简历  99-100
攻读硕士学位期间的研究成果  100-101

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