FBMC通信系统中调制解调器的设计与实现

摘要

目前，随着第5代移动通信的研究，滤波器组多载波（Filter Bank Multicarrier，FBMC）调制技术已成为多载波调制的候选方案之一。其中，基于交错正交幅度调制的正交频分复用（OrthogonalFrequencyDivision Multiplexing with Offset Quadrature Amplitude Modulation，OQAM-OFDM）系统是FBMC技术中频谱效率较高的一种方案，并逐渐取代了传统的正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）技术。OQAM-OFDM通过采用具有良好的时频聚焦特性（Time Frequency Location，TFL）的滤波器组，即使没有循环前缀也有很强的抵抗ISI和ICI干扰的能力。与传统OFDM相比，OQAM-OFDM具有很强的抗符号间干扰和子载波间干扰能力，并且不需要循环前缀，提高了频谱利用率，相比OFDM，其带外辐射更低，因此具有很强的发展潜力。
　　首先，本文介绍了OFDM系统的基本理论，接着研究了OQAM-OFDM系统的基本原理，并着重介绍了两种基于FFT/IFFT的快速实现方法，即频率扩展和多相滤波器组。综合比较两种实现方式的性能，选择了FS-FBMC作为OQAM-OFDM调制解调器的实现方案。
　　其次，现场可编程逻辑门阵列（Field Programmable Gate Array，FPGA）的飞快发展，其极强的实时性和并行处理能力，使FPGA对数字信号进行实时处理成为可能。因此本文选择在FPGA上来设计并实现OQAM-OFDM调制解调器。
　　最后，运用Altera公司提供的IP core以及硬件描述语言Verilog HDL（Verilog Hardware Description Language）编程实现了OQAM-OFDM调制解调器的各个模块，包括QPSK映射与解映射、OQAM调制与解调、频率扩展与频率解扩、FFT与IFFT以及Overlap和Sliding Window模块。利用集成开发环境QuartusⅡ、仿真工具ModelSim以及Matlab软件对每个模块进行时序仿真，并验证每个模块的正确性。最终，在以Stratix系列5SGXMA7K2F40C3型号FPGA为核心芯片的硬件平台上完成了FS-FBMC调制解调器的设计与实现。

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常见术语或缩略词解释：

1绪论

1.1研究背景与意义

1.2研究现状

1.3论文研究的主要内容

2 FBMC系统的基本原理

2.1 OFDM系统的基本原理

2.2 OQAM-OFDM系统的基本原理

2.3 OQAM-OFDM与OFDM系统的比较

2.4本章小结

3 FBMC系统的快速实现

3.1原型滤波器

3.2频率扩展方式

3.3多相滤波器组

3.4两种实现方式的比较

3.5本章小结

4 FS-FBMC调制解调器的总体设计

4.1调制解调器的架构

4.2系统参数的设计

4.3数据处理方法

4.4模块统一接口

4.5本章小结

5 FS-FBMC调制解调器的FPGA实现

5.1 QPSK映射与解映射模块

5.2 OQAM调制与解调模块

5.3频率扩展与频率解扩模块

5.4 FFT与IFFT模块

5.5 Overlap与Sliding window模块

5.6整体性能分析

5.7本章小结

6总结与展望

6.1本文的贡献

6.2对今后工作的展望

致谢

参考文献

附录Ⅰ攻读学位期间参与科研项目