基于SOC的无线信道自适应均衡器的研究

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随着信息技术的发展,通信协议的增多以及对带宽需求的增加,软件无线电越来越受到重视。对软件无线电平台的多功能、集成度、扩展性和高速性等均提出了更高的要求。广播信号在传播过程中遇到高层建筑、地下隧道等区域,信号会被衰减,甚至存在盲区。因此需要对各频段广播信号在放大之前进行功率均衡,有利于信号优化和发射。本文针对传统无线电平台不能处理高速信号,信号传输过程中功率不均衡而导致信号质量降低,且不利于后续处理等问题,设计了基于SOC的无线信道自适应均衡器。主要研究工作如下:(1)针对传统无线电系统的缺点,提出一种基于AD9361射频捷变收发器和ZYNQ处理器的软件无线电平台。该平台采用FPGA+ARM的混合式架构,根据需要连接各个模块和自定义逻辑功能。ZYNQ处理器的ARM端控制所有外设和内存控制器,保证子系统的独立运行。FPGA端有大量的可扩展模块,可以充分定义I/O接口,提供100Gb/s以上的内部带宽,集成了高速串行接口。FPGA与ARM端共用部分内存,可以完成高速数据交互。(2)为减少ZYNQ处理器内部资源的占用,设计了一种ICAP(The Internal Configuration Access Port,内部配置访问端口)下载方式。与传统平台对比,无需更换硬件,只需在系统内部设置起始地址和启动引导程序,通过开发的QT下载界面,实现在线更新系统。(3)针对广播信号传输过程中出现的功率不均衡的问题,分析比较了BP神经网络和改进的LMS两种均衡算法。借助MATLAB仿真平台重点分析了在相同条件下两种算法对系统误码率的影响。根据仿真结果,在系统收敛速度和误码率方面,改进的LMS均衡算法均优于神经网络算法,因此选用改进的LMS算法映射为硬件均衡算法。对均衡算法在FPGA和MTATLAB中产生的误差进行对比分析,两者误差基本相同,可以进行算法移植。由于硬件资源的限制,均衡器的结构不可能无限长,通过MATLAB仿真确定了均衡器的最优结构为7阶,步长值为1/128。(4)将均衡算法借助VIVADO平台设计成IP核模块,完成均衡算法的设计与研制。通过MODELSIM完成功能仿真,验证了设计的可行性。对消耗资源进行分析,寄存器占用了总资源的8%,存储器占用了10%,极大地节省了资源。将均衡模块集成到系统中,通过ADI的IIO-Oscilloscope软件观察均衡前后时域和频域的波形。经对比分析,无论原始信号高低,经过自适应均衡后,平均功率始终保持在50d BFS至56d BFS范围内,实现了多频段的自适应功率均衡。本文对基于SOC的软件无线电平台设计具有一定的借鉴意义。
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