MIMO信号分析的软件无线电平台1

论文总字数：24301字

摘 要

MIMO技术是现代宽带无线通信系统中的关键技术之一，已成功应用于多种商用无线通信系统，如LTE、WLAN等，这些无线通信系统产品研发必须对MIMO信号进行分析，因此，研发基于软件无线电平台的MIMO信号分析设备具有重要的意义。

MIMO技术是实现高数据速率传输、改善传输质量、提高系统容量的重要途径。而在任何的MIMO信号分析系统中，要正确验证发射信号的质量就要对信号进行正确的分析，同步技术一直都是极其重要的任务，如果没有做到精确地同步，那么将无法进行 MIMO信号分析，因此研究MIMO系统中的同步技术对于实现MIMO信号分析极其重要。

本文搭建了一个MIMO信号分析的软件无线电平台，重点是根据对MIMO信号分析的需求选择了适合的算法实现了MIMO信号分析系统中的载波同步、符号同步两个同步模块，介绍了各个同步模块在系统中的功能和基本原理，设计了在硬件中的实现方案，给出了各模块实现的结构框图和在VIVADO中的RTL视图和被封装以后的IP核及仿真测试图。

本文在VIVADO中对各个模块进行了时序仿真。最后把该同步模块加入到Xilinx公司提供的工程中，并生成Bitstream下载到Xilinx公司的ZedBoard开发板进行了板级实现。

关键词： MIMO 软件无线电 同步技术 FPGA VIVADO

THE IMPLEMENTATION OF MIMO’S

SIGNAL ANALYSIS BASED ON SDR

ABSTRACT

MIMO has been the major technique in modern broadband wireless communication systems and has been succesfully applied to many commercial wireless communication systems. Wireless communications systems product development must be analyzed MIMO signals, such as LTE, WLAN, etc. Hence, the study of MIMO signal analysis device based on Software Defined Radio(SDR) is of great significance.

MIMO can achive high data transfer rate,improve transmission quality and the system capacity. And in any MIMO signal analysis system, to verify the quality of the transmitted signal rightly is necessary for a correct analysis of the signal, synchronous technology has been extremely important task, if the synchronizaton is not accurate, it can not analyze MIMO signal. Therfore the study of MIMO system synchronization technology is essential for achieving MIMO signal analysis.

In this thesis,a MIMO signal analysis platform based on SDR is proposed.with the demand of MIMO signal analysis, we selecte suitable algorithm to achieve carrier synchronization and symbol synchronization this two synchronization modules.Then describle the basic principles and implementation in hardware, gives a block diagram of each module and in RTL view and was later encapsulated IP cores and simulation.

In this paper, firstly we module timing simulation on VIVADO. Then the sychronization module is added to Xilinx company’s projects, and generate bitstream file which is download

to Xilinx’s ZedBoard to realize the board-level test.

KEY WORDS: MIMO SDR Synchronization Tenchonogy FPGA VIVADO

目 录

摘要 1

ABSTRACT 1

第一章 绪论 4

1.1 研究背景及研究意义 4

1.2 MIMO信号分析系统现状 5

1.2.1市场上已有的MIMO信号分析系统简介 5

1.3 本论文主要研究内容 6

1.3.1论文研究任务 6

1.3.2论文结构 6

1.4 本章小结 6

第二章 MIMO-OFDM技术 7

2.1 OFDM技术 7

2.1.1OFDM基本原理及系统框架 7

2.1.2OFDM应用 8

2.2 MIMO技术 8

2.2.1MIMO基本原理及系统框架 8

2.2.2MIMO应用………………………………………………………………………... 9

2.2.3MIMO-OFDM系统 10

2.3 MIMO信号分析 11

2.3.1 期望发射的要求 11

2.4 本章小结 13

第三章 MIMO信号分析的SDR平台 13

3.1 AD9361集成式收发器概述 14

3.1.1.AD9361作为SDR和MIMO的促成因素 15

3.2 AD-FMCOMMS3-EBZ评估版 16

3.3 ZedBoard 16

3.4 硬件平台的搭建 17

3.5 本章小结 17

第四章 同步模块的设计与实现 17

4.1 开发工具 18

4.1.1 系统建模工具VIVADO设计套件 18

4.2 载波同步 19

4.2.1载波同步原理 19

4.2.2载波同步硬件设计与实现 20

4.2.3载波同步模块的测试 24

4.3 符号同步 25

4.3.1 基本原理 25

4.3.2符号同步算法化简 26

4.3.3符号同步硬件实现 26

4.3.3 符号同步模块的测试 28

4.4 本章小结 29

第五章 总结和展望 29

5.1总结 29

5.2展望 29

参考文献 30

1. 绪论

1.1 研究背景及研究意义现今，多路输入多路输出（MIMO）技术因其能实现高数据速率传输、改善传输质量、提高系统系统容量，已经广泛用于先进的无线宽带系统。MIMO技术与正交频分多路复用（OFDM）的结合使得无线信道空间分集和多径效应能够充分应用，实现了宽带无线通信并提高了对频谱的利用^[1]。同时，MIMO技术已经成功应用于多种商用无线通信系统，MIMO信号分析是用来验证发出信号的质量情况，通过对信号的分析，可以得到有利于我们通信过程的信息。

近年来，国内外研究人员采用软件无线电的思想和FPGA相关技术，研发了多种多样的用于MIMO信号评估和验证的系统分析平台。FPGA的发展给软件无线电注入了新的活力。由于FPGA具有并行处理数据的特性，这使其具有强大的数字信号处理能力，高性能FPGA的数据处理能力甚至超越了某些专用DSP处理器^[2]。同时，FPGA拥有可重配的能力，使其更加灵活方便。因此，对基于FPGA的无线通信系统的研究有很高的学习研究意义和实践应用价值。以下将分别对FPGA和软件无线电的发展历程进行介绍。

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