【摘 要】
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随着第五代(5th generation,5G)移动通信技术的部署、物联网的大规模普及以及其他占用大带宽的在线业务大量增长,未来无线通信系统的发展将会受到频谱资源匮乏的制约,以及面临提升抗干扰能力的同时提升调制效率方面的挑战。在这样的情况下,将认知无线电技术与频谱分割、置乱、重构结合起来的滤波器组多载波技术（Filter Bank Multi-carrier,FBMC）可以有效解决这两方面的困境,
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随着第五代(5th generation,5G)移动通信技术的部署、物联网的大规模普及以及其他占用大带宽的在线业务大量增长,未来无线通信系统的发展将会受到频谱资源匮乏的制约,以及面临提升抗干扰能力的同时提升调制效率方面的挑战。在这样的情况下,将认知无线电技术与频谱分割、置乱、重构结合起来的滤波器组多载波技术（Filter Bank Multi-carrier,FBMC）可以有效解决这两方面的困境,但目前缺乏实用的低复杂度硬件实现方案,且已有的方案更侧重于DSP的频域信号处理与实现。针对谱分割与聚合算法在频域信号处理实现中存在FPGA实施复杂度过高、资源消耗和延迟较大问题,本文利用时域有限脉冲响应（Finite Impulse Response,FIR）滤波替代频域滤波,设计了一种基于时域实现的频谱分割与信号重构低复杂度FPGA处理框架,并利用锁相环组来估计和补偿各个子频谱的频偏和相偏,较好的解决了系统的多子谱同步问题,在保证谱分割与信号重构系统的通信性能前提下,较大程度的降低了系统的FPGA资源消耗和实现的硬件要求。主要研究内容如下:（1）首先论述了认知无线电下谱分割与信号重构滤波器组算法的研究背景与意义,以及滤波器组多载波技术和相关系统硬件实现的国内外发展现状。其次对基于频域编辑实现的频谱分割与信号重构滤波器组技术原理、模型以及优劣势进行了概述,并对其关键技术（分割聚合滤波器组设计、频相失真估计和补偿）进行仿真分析和验证。（2）针对频谱分割与信号重构通信系统的多子谱同步困难问题,设计了一种基于锁相环组的多子谱同步方案,即采用锁相环组来估计和补偿各子频谱的频偏和相偏,并完成数字下变频和子谱间频相同步、位同步、帧同步。理论推导并仿真验证了其可行性,结果表明该同步方案具有较好的同步性能和较低的实现复杂度。（3）针对当前频域实现的频谱分割与信号重构系统FPGA实现复杂度高的问题,设计了一种基于时域FIR滤波器来进行分割聚合滤波的低复杂FPGA实现框架,推导了频谱分割与信号重构系统的时域滤波器组结构,并给出了该系统的实现架构,经测算,该实现框架实现了较低的算法复杂度、FPGA资源消耗和时延。（4）为了验证基于时域滤波的频谱分割与信号重构系统实现方案的有效性,搭建了基于FPGA基带处理板和射频前端（AD9361）组成的软件无线电（SDR）验证系统,在该系统上对基于时域滤波的频谱分割与信号重构通信系统实现框架进行设计、实现和验证,并与Matlab理论仿真结果进行对比分析。通过相关的仿真和实测验证了其在同步和子谱分析综合精度、FPGA资源消耗和最终重构解调的性能优势。
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