基于通用处理器的无线信号处理方法研究

摘要

无线移动通信系统中对于无线信号处理的实时性要求很高，传统的信号处理设备都是基于硬件平台的DSP或FPGA上实现的，但由于DSP平台系统开发的信号处理模块多数是非开放性的专有模块，在系统升级等方面存在诸多不足。随着通用处理器的多核多线程技术、支持浮点运算的单指令流多数据流(SIMD)技术的不断发展，当今通用处理器的处理能力已经能够满足数字信号处理等需要高数据负荷运算的要求。本文主要研究一种基于通用处理器的无线信号处理算法，并将该算法应用到一种新的无线信道探测系统中进行实际的信道测量活动。
　　本文首先研究了软件无线电和通用处理器的相关知识，分析了满足信号处理实时性要求需要解决的问题。同时为了更好的验证所设计的无线信号处理算法的正确性、可靠性和适用性，也是为了解决信道测量的成本问题，根据信道实际测量的需要和特点，搭建了自己的无线信道测量系统平台。
　　其次论文进行了两种无线信号实时处理算法的研究和实现，即基于PN序列进行信道探测和基于LTE下行链路信号序列进行信道探测时接收信号的实时处理算法。分别用到了PN序列的自相关特性进行滑动相关计算、模块化程序设计、并行程序设计、多线程程序设计、FFTW标准程序集等技术，能够实时对接收到的信号进行处理，并提取PDP结果进行绘图显示。并在实验室内将所设计的程序应用到测量系统，采用收发端直连的方式进行了大量实验，证明了所设计算法的准确性。
　　最后论文针对无线信道实际测量的特点，根据室内和室外、测量距离、是否为视距测量等不同条件，进行了6种场景的实地测量，并对测量的结果进行分析处理，得到不同场景下无线信道的PDP图谱、多径特性、多径数量等参数。同时通过实地测量也很好的验证了所设计算法的可靠性和可行性。
　　本文的创新工作主要体现在以下几点:
　　一、针对无线信道测量的特点和需求，搭建了无线信道测量系统平台，并通过实地测量验证可行。
　　二、编写了基于PN序列和LTE下行链路信号序列进行信道探测时接收信号的实时处理算法程序，将无线信号的实时处理结果进行上位机界面显示，并将其应用到信道测量系统，通过实验和实地测量验证了所设计算法的正确性、可靠性和适用性。
　　三、利用所搭建的信道测量系统和所设计的无线信号处理程序完成了6种场景下的无线信道测量，通过对测量结果的分析，得到一系列重要结论。

目录

声明

致谢

摘要

1 引言

1．1 论文研究背景及研究现状

1．2 论文研究意义及目的

1．3 论文内容及结构安排

2 基于通用处理器的实验平台概述

2．1 软件无线电概述

2．1．1 软件无线电的架构

2．2 通用处理器相关知识介绍

2．2．1 CPU运作原理

2．2．2 多核处理器

2．2．3 多线程编程

2．2．4 并行计算

2．3 发射端设备介绍

2．3．1 GPS时钟源

2．3．2 基带信号源

2．3．3 射频信号源

2．3．4 TX双锥天线

2．3．5 UPS电源系统

2．4 接收端设备介绍

2．4．1 射频前端模块

2．4．2 通用处理器模块

2．5 本章小结

3 PN序列信号实时处理算法实现

3．1 PN序列相关特性

3．1．1 PN序列概念

3．1．2 相关特性

3．2 算法实现

3．2．1 PN序列生成方法

3．2．2 滑动相关算法

3．2．3 算法实现过程

3．3 实验验证

3．4 本章小节

4 利用LTE信号进行信道探测时数据处理算法实现

4．1 LTE物理层相关知识

4．1．1 LTE系统介绍

4．1．2 LTE系统架构

4．1．3 同步和小区搜索

4．1．4 关键技术

4．2 算法实现

4．2．1 LS估计算法

4．2．2 FFTW算法

4．2．3 算法实现过程

4．3 实验验证

4．4 本章小节

5 室内及室外场景信道测量

5．1 测量环境描述

5．1．1 室内场景

5．1．2 校园场景

5．2 信道测量参数

5．2．1 室内场景信道测量参数

5．2．2 室外场景信道测量参数

5．3 测量数据对比分析

5．3．1 室内场景测量数据对比分析

5．3．2 室外场景测量数据对比分析

5．4 本章小结

6 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 展望

参考文献

作者简历

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