MIMO技术研究及其硬件系统的设计与实现

论文摘要

MIMO（Multiple-input multiple-output,多输入多输出）技术作为新一代宽带移动通信的关键技术,可以通过在收发两端采用多天线单元,并使用先进的无线传输和信号处理技术,利用无线信道的多径传播和空间资源建立了并行传输通道,实现在不增加带宽和发射功率的条件下,成倍地提高无线通信的质量和传输速率。因此针对MIMO技术的通信原理及相关算法进行研究,并在此基础上开发采用MIMO技术的无线通信硬件系统,对于促进我国自主知识产权的无线通信技术的研究和发展,有着积极的意义。本文首先分析了MIMO技术中信道模型的建立,在假设信道为平坦瑞利衰落的情况下,对不同天线数的MIMO信道容量进行了仔细的研究与仿真分析。然后,对MIMO的关键技术空时分组码的编解码算法进行了仿真研究,结果表明采用多天线的无线通信系统能显著地提升系统的性能,降低误码率。接着又通过MATLAB对MIMO无线通信系统中的关键算法（信道估计算法）进行了仿真分析对比,为MIMO系统设计中最佳算法方案的选择奠定了理论基础。最后采用模块化的设计方法研制了一个2×2MIMO无线收发硬件系统。通过分析TMS320C6713DSP芯片的特性,并以其为核心设计了基带数字信号处理模块,采用支持MIMO高速无线传输的芯片构建了射频收发模块,并结合A/D&D/A模块的特性设计了各模块之间的接口电路,并通过电路设计与PCB设计保证系统电路的通信质量,实现了数据的正确收发。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究背景
• 1.2 MIMO通信技术的发展和研究现状
• 1.2.1 MIMO发展中存在的问题
• 1.2.2 MIMO研究现状
• 1.3 本论文主要的研究工作与章节安排
• 第二章 MIMO信道容量与空时分组码
• 2.1 MIMO衰落信道的模型
• 2.1.1 平坦瑞利衰落信道
• 2.1.2 频率选择性衰落信道
• 2.2 MIMO系统的容量
• 2.2.1 MIMO信道容量的数学表达
• 2.2.2 不同收发天线数下的信道容量的仿真分析比较
• 2.3 MIMO空时分组码
• 2.3.1 STBC的编码
• 2.3.2 利用最大似然算法进行空时分组码的译码
• 2.3.3 Alamouti空时分组码的仿真结果
• 2.3.4 空时分组码的优缺点
• 2.4 本章小结
• 第三章 MIMO信道估计算法的研究分析
• 3.1 MIMO信道估计技术
• 3.1.1 基于训练序列信道估计的MIMO系统模型
• 3.1.2 最大似然比估计
• 3.1.3 最小均方误差估计
• 3.2 信道估计算法仿真分析
• 3.3 本章小结
• 第四章 MIMO硬件系统的设计
• 4.1 MIMO硬件平台系统的整体框图
• 4.2 DSP核心板的基本硬件设计
• 4.2.1 电源模块设计电路
• 4.2.2 锁相环电源滤波电路
• 4.2.3 系统时钟发生电路
• 4.2.4 系统复位电路
• 4.2.5 JTAG接口仿真电路
• 4.2.6 程序存储器（FLASH）接口设计
• 4.2.7 数据存储器（SDRAM）接口设计
• 4.2.8 并行主机（HPI）接口设计
• 4.3 模数转换模块的设计
• 4.3.1 数模转换芯片
• 4.3.2 模数转换原理
• 4.3.3 数模转换原理
• 4.3.4 信号调整部分电路
• 4.4 射频收发器模块
• 4.4.1 射频收发器前端组成
• 4.4.2 收发器芯片
• 4.4.3 射频收发器的接口电路设计
• 4.5 2×2MIMO硬件平台整体设计
• 4.5.1 MIMO硬件平台的系统设计
• 4.5.2 PCB设计注意事项
• 4.6 2×2MIMO系统的数据流程
• 4.7 本章小结
• 第五章 结束语
• 5.1 全文的总结
• 5.2 进一步的工作展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文