通信收发信机新技术及雷达通信一体化信号源设计

哈工大通信收发信机课程报告

Harbin Institute of Technology

通信收发信机课程报告

题 目：通信收发信机新技术及雷达通信一体化信号源设计

院 （系） 电子与信息工程学院

学 科 信息与通信工程

学 生

学 号

哈尔滨工业大学

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通信收发信机新技术及雷达通信一体化信号源设计 随着通信技术的不断发展，人们对通信的需求愈来愈复杂化和多样化，其发展的最终目标是人们能够无拘无束地获取和交换信息，其总趋势是数字化、智能化、综合化、个人化和全球一网化。现代通信技术的发展正围绕“5W通信”这一目标逐步向前推进，通信收发信机也相应的采用了新的技术，有了新的发展。

1 通信收发信机最新技术

1.1 OFDM通信收发信机

OFDM技术是在上个世纪70年代提出的，真正被广泛应用还是在快速傅里叶变换算法出现以后。由于数字信号处理DSP技术的飞速发展，OFDM作为一种可以有效对抗多径干扰和高效率的传输技术，引起了众多学者的研究兴趣。OFDM技术已被广泛的应用于各项通信系统中成为了LTE和WiMAX通信系统的关键技术，并且其频谱利用率高、成本低等原因受到越来越多的人关注，随着人们对通信的数据化、宽带化、个人化和移动化的要求，OFDM技术在综合无线通信接入领域将得到广泛的应用。

多载波系统通过把高速数据流分解为若干个低速率的并行数据传输，从而构成多个低速率符号并行发送的传输系统。在单载波系统中，一次衰落或干扰就可能导致传输的失败，但是多载波系统中，某一时刻只会有少部分的子信道受到深度衰落的影响，因为无线信道中虽然总的信道是非平坦的，但是各个子信道上是相对平坦的，而且由于每个子数据流的速率较低，符号的持续时间较长，只要能够大于信道的最大时延扩展就可以消除ISI。为了提高频分复用的频带利用率，传统的多载波系统是将各个子信道的频谱重叠，在接收端用滤波器进行分离，而OFDM的高频谱利用率得益于其采用了正交的子载波，在接收端可以通过相关解调技术分离出来，如图1所示。OFDM系统框图如图2。

图1 传统多载波与OFDM

图2 OFDM系统框图

OFDM 收发机的 FPGA 设计[1]：

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OFDM系统发送端的设计结构的框图如图3，把随机信源经过信道纠错编码，这里采用的卷积编码，之后通过交织器，对编码后的信号进行交织，然后把比特流映射到星座图上，数据由单比特的数据流变成了位宽为16位的两路正交的数据流，在把数据流固定位置插入导频序列，经过IFFT变换后把数据形成正交的子载波，加入循环前缀和帧头完成基带数据的处理，最后经过数模变换和射频处理把数据发送出去。

图3 发射机框图

图4是基于IEEE802.11a协议的OFDM接收系统的结构图，接收机的解调处理过程可以这样描述，在接收到无线电信号后，经过射频处理、采样送入基带处理模块，经过帧检测模块的检测判决数据包的起始位置，为了把频率限制在一个固定的范围内，利用接收到信号的短训练序列做频偏的粗估计，基本的粗同步之后使用长训练序列就进行频率的细估计，然后是符号同步，找到FFT计算的窗口，信道均衡以后的数据进行残留的频偏估计和相位旋转的估计，然后进行数据的解调、解交织、信道解码。由于发设计的结果是固定的，帧结构也是按照协议约定好的，那么接收端的在数据的解调、解交织、信道解码也是固定的方法。而对OFDM系统，各种同步算法和信道估计的技术是决定接收机性能的关键。

图4 接收机结构框图

1.2 MIMO通信收发信机

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传统的无线通信系统采用一个发射天线和一个接收天线，即所谓的单入单出SISO（Single-Input Single-Output）系统，如果发射端和接收端都采用多天线阵列，就构成了MIMO（Multiple-Input Multiple-Output）系统。对MIMO技术的研究源于对多天线阵元空间分集的性能研究。自从MIMO技术的提出以来，研究的热点除了空时编码技术之外，MIMO信道测量与建模、多天线技术、波束成形、MIMO多用户检测等方面的研究也被广泛关注[2]。

MIMO技术充分利用了随机衰落和可能存在的多径传播，充分利用空间资源，在不增加系统带宽和天线发射总功率的情况下，有效的对抗无线信道的衰落，大大提高了系统的频谱利用率和信道容量。MIMO技术作为下一代宽带无线通信系统的框架技术，是实现充分利用空间资源以提高频谱利用率的一个必然途径，基于MIMO的无线通信理论和传输技术显示了巨大的潜力和发展前景。

2发2收MIMO系统是在发送端配置2根发送天线，接收端配置2根接收天线，其原理框图如图5所示，从图中可以看出，发送通道和接收通道分别由两个基本的单天线电路构成。按照MOMO系统的要求，两个发送通道采用相同的本地振荡频率;两个接收通道采用相同的本地振荡频率[3]。

图5 2发2收MIMO系统的原理框图

2发2收MIMO系统误码性能测试流程图如图6，在发送端，首先由MATLAB产生发送数据，并对发送数据进行BPSK调制；然后对发送数据进行Alamouti空时编码，将发送数据分配到两个发送天线上，两个发送天线的数据同时进行发送；最后对两个天线的发送数据进行波形成形，再经过数模变换和上变频之后，通过两个天线发送出去。在接收端，依然用逻辑分析仪同时对两个接收通道的采样结果进行捕获，并用MATLAB对两个接收天线上的接收数据进行分析，包括同步、信道估计、线性合并及最大似然译码。最后将接收数据和发送数据进行比较，计算传输过程产生的误码率。

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图6 2发2收MIMO系统误码性能测试流程图

1.3 雷达通信一体化收发信机

近年来，一个新的名词“雷达通信一体化”进入人们的视野。作为无线电理论最重要的两种应用，无论理论基础还是系统实现，雷达和通信系统都极为相似：首先，雷达系统和通信系统的理论基础都涉及到电磁理论、电路与系统、信号与信号处理、计算机技术等，随着计算机理论的不断发展，各种先进的理论都在不断应用在雷达系统和通信中；其次，雷达系统和通信系统在原理上都是电磁波发射和接收的过程，雷达信号与通信信号都是经过天线发射，以电磁波的形式空间进行传输，并被接收机接收；再次，雷达系统和通信系统都是由发射机、天线、接收机、信号处理器、显示终端等组成。可见，如果对雷达进行改造，适当增加一些频率转换和信号变换的电路，那么完全有可能利用脉冲多普勒雷达进行通信，进而实现雷达通信一体化[4]。

上世纪70年代，美国海军就在机械扫描的雷达上进行了大量的通信数据传输研究。2006年，Northrop Grumman公司又对基于有源相控阵雷达的通信系统进行了相关研究，并与多家公司以及国防工业厂商合作使得该一体化雷达系统得到应用，美国F-22战斗机中装备的有源相控阵雷达就兼备了雷达、电子对抗和通信的功能。2007年8月，美国雷声公司和L-3通信公司表示，通过他们的合作使得现代的战术飞机有源相控阵（AESA）雷达可以获得高数据率（达274Mbps）的通信能力，并准备投入生产和使用，在这个项目中，仅仅需要L-3公司提供一个能够产生新的波形的调制解调器（Modem）以及由雷声公司为雷达开发的一套名为“战机实时通信使者”的软件，就可以使飞机平台之间以及飞机平台和地面指挥员 …… 此处隐藏：2923字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……