ICS无线数字直放站的算法研究与FPGA实现

论文摘要

随着地面数字电视广播产业的快速发展,数字电视的用户急剧增加,提高数字电视广播网络的覆盖范围就显得势在必行。无线同频直放站作为信号的中继放大器,可以提高信号的覆盖范围和减少盲区,但其收发天线之间存在耦合,所产生的耦合回波限制了直放站的工作效率,因为回波信号会被直放站再放大,形成正反馈产生振荡,导致系统不稳定甚至自激。为了解决该问题,需要高性能的回波消除技术,从而产生了ICS无线数字直放站。本文基于DTMB标准,首先研究了三种用于ICS无线数字直放站中实现回波抵消功能的自适应算法,它们分别是LMS算法、非参数变步长NLMS算法和CORDIC LMS算法。其中,非参数变步长NLMS算法解决了LMS算法中收敛速度和稳态误差之间的矛盾,CORDIC LMS算法则降低了硬件实现的难度和节省资源。在CORDIC LMS算法中,为了进一步降低实现的复杂度,采用了三个并行的实数CORDIC LMS算法来实现复数CORDIC LMS算法；为了解决带外失真严重的问题,在系统中引入了预白化滤波器。其次,研究了复数直接型DLMS（DF-DLMS）算法基于Systolic的FPGA实现结构。由于系统资源有限,本文首先研究了8阶复数DF-DLMS算法的结构,然后在其基础上采用二倍复用的方式,提出了16阶的结构。由于复数DF-DLMS算法离不开复数乘法器,本文为了减短关键路径的长度,在复数乘法器中加了两级流水线。最后,将本文设计的16阶DF-DLMS算法用FPGA实现后集成到整个回波抵消系统中,然后测试整个系统,并分析所得的测试结果,从而验证了本文所提结构的正确性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景和意义
• 1.2 国内外的研究现状和发展趋势
• 1.3 本文的章节安排
• 第二章 DTMB标准和无线信道的特性
• 2.1 DTMB标准
• 2.1.1 DTMB标准简介
• 2.1.2 DTMB标准的特性
• 2.2 无线信道和回波耦合信道
• 2.2.1 无线信道的特点
• 2.2.2 用于DTMB标准的直放站的回波耦合信道
• 2.3 回波抵消的方案
• 2.3.1 DTMB直放站实现回波抵消的方案
• 2.3.2 衡量直放站回波抵消的主要指标
• 2.4 本章小结
• 第三章 自适应回波抵消处理算法研究及性能仿真
• 3.1 自适应回波抵消器在数字基带的模型
• 3.2 LMS算法
• 3.3 非参数VSS-NLMS算法
• 3.3.1 基本原理
• 3.3.2 算法仿真
• 3.4 CORDIC LMS算法
• 3.4.1 CORDIC LMS算法
• 3.4.2 复数CORDIC LMS算法基于实数CORDIC LMS算法的实现方法
• 3.4.3 预白化滤波器
• 3.5 本章小结
• 第四章 DF-DLMS算法基于Systolic的FPGA实现
• 4.1 DLMS算法
• 4.1.1 算法原理
• 4.1.2 浮点仿真
• 4.1.3 定点仿真
• 4.2 DF-DLMS算法基于Systolic的FPGA实现结构
• 4.2.1 复数乘法器
• 4.2.2 复数DF-DLMS算法的结构
• 4.2.3 复数DF-DLMS算法二倍复用的结构
• 4.3 DF-DLMS算法功能仿真
• 4.3.1 功能仿真的模型和结构
• 4.3.2 功能仿真的结果
• 4.4 本章小结
• 第五章 回波抵消系统测试
• 5.1 回波抵消系统的架构
• 5.2 回波抵消系统的测试条件
• 5.3 测试结果
• 5.3.1 系统输出信号方面的测试结果
• 5.3.2 模拟接收机接收信号方面的测试结果
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 后续工作及展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间的研究成果