毫米波高速通信中成型滤波与重采样技术研究

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有限的无线频谱资源与无限增长的带宽需求之间的矛盾日益突出,急需大容量高速传输系统作为回传通道和进行点到点互联。现有解决方案中,光纤铺设往往比较困难,且价格昂贵;而传统微波技术存在传输距离短、速率不够高等局限性。毫米波高速通信技术凭借其通信容量大、安全保密性好、传输质量高并适用于中远距离传输等优势,成为国际上公认的未来无线回传网络的解决方案,它极有可能是皮蜂窝基站接入回传的解决方案,应用于企业网点到点宽带接入、应急高速无线宽带接入等领域。本论文针对E波段(70/80GHz)毫米波高速通信系统,分析讨论系统中脉冲成型滤波、重采样及多通道等关键技术,为系统的高速率需求(10Gbps)提供保障。  针对E波段毫米波高速通信中发送滤波模块实现时存在的硬件复杂度高和采样率不匹配等问题,提出一种基于查表法的“零乘法”解决方案,设计了适合现场可编程门阵列(FPGA,Field Programmable Gate Array)实现的硬件结构,并对这种硬件结构进行了实现复杂度理论分析、MATLAB仿真及FPGA开发板评估验证,所提实现结构能同时完成信号成型滤波与重采样,相比于传统基于卷积的方案仅占用16.7%的加法器资源且不需要任何乘法运算,具有复杂度低、实时性高的特点。  通过增加基于FFT和多相滤波的通道化收发模块,对原先的E波段双通道传输系统进行升级,使得系统能在5GHz(71-76/81-86GHz)频段实现通道数2-20可选,并兼容不同工作频率和传输速率。MATLAB仿真测试给出了原型滤波器的最优化通带系数为0.4-0.7;当加性高斯白噪声信道中信噪比高于70dB时,系统性能趋于无信道情况。通过手动校准和功率归一化,得到收发信号的误差向量幅度(EVM,Error Vector Magnitude)为0.35%,与升级前的系统相比,通道化收发模块仅引入了0.02%的EVM。最后本文还给出了该多通道结构的FPGA仿真实现。
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