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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:王國賢
研究生(外文):Kuo-Hsien Wang
論文名稱:智慧型天線於GSM系統中基頻波束產生器之研製
論文名稱(外文):Realization of a Beamformer in Baseband for Smart Antennas of a GSM-Based System
指導教授:吳紹懋
指導教授(外文):Sau-Mou Wu
學位類別:碩士
校院名稱:元智大學
系所名稱:電機與資訊工程研究所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:1999
畢業學年度:87
語文別:中文
論文頁數:74
中文關鍵詞:數位可適性波束產生器全球行動通訊系統心跳式陣列訓練碼多路徑衰減共通道干擾
外文關鍵詞:adaptive digital beamformerGSMsystolic arraytraining sequencemultipath fadingco-channel interference
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本文主要在設計一個適用於GSM系統下基地台中的數位基頻可適性波束產生器。此系統主要是採用Fast-Givens MVDR CRLS演算法,並以心跳式平行陣列處理器來實現整個可適性波束產生器的架構。整個可適性波束產生器為一個平行與全管線式的架構,此一架構能立即算出最佳權值,而無須使用到向前或向後替代的運算,非常適合以超大型積體電路(VLSI)來作硬體的實現。
在系統的模擬與分析方面,天線架構是採用線性式陣列天線,天線數為3。輸入信號採用0.3 GMSK的調變技術,並擷取normal burst中26 bits的訓練碼(training sequence)經超取樣(oversampling)後作為輸入信號。以多個使用者的情形,分別對信號經過AWGN channel以及等效非時變離散通道,來進行定點及浮點的分析及模擬。經模擬結果顯示,信號在此可適性波束產生器系統運算後均可在訓練碼期間確實得到最佳化權值,並有效的消除了不必要的共通道干擾以及雜訊的問題。

In this thesis, we consider the problems of wireless mobile communication system under the difficult situation like combined realistic multipath fading, and the presence of co-channel interference (CCI) by using smart antenna technique to improve both the performance and capacity. A practical adaptive digital beamformer technique for the GSM-Based system is presented. In this paper, fully parallel/pipelined systolic arrays for the MVDR adaptive digital beamformer systems without the need for forward or backward substitution are described. We show that the square-root-free Fast-Givens MVDR method can be easily incorporated to improve the throughput rate and speed up the system.
The proposed method uses the adaptive antenna array to combat multipath fading and suppress CCI. A short known training sequence is used for determining the space-time processor weights periodically by a RLS algorithm. This approach has the ability to eliminate both co-channel interference and multipath fading. Computer simulation results show that this technique is effective. As a result, the Fast-Givens MVDR systolic array digital beamformer systems are suitable for real-time VLSI implementation in practical GSM-Based system.

目 錄
中文摘要 i
英文摘要 ii
誌謝 iii
目錄 iv
圖目錄 vi
表目錄 viii
第一章 緒論 1
1.1 研究動機與目的 1
1.2研究方法與各章提要 2
第二章 可適性波束產生器原理與架構 4
2.1 線性陣列天線 4
2.2 GMSK調變技術原理與架構 6
2.3 通道模型 10
2.3.1 訓練碼 (Training Sequence) 10
2.3.2 ISI 通道模型 11
2.4 可適性波束產生器架構介紹 15
第三章 可適性波束產生器設計方法 18
3.1 MVDR 波束產生器 19
3.2 心跳式陣列(Systolic Array) 21
3.2.1 避免向前替代之心跳式陣列 21
3.2.2 避免向後替代之心跳式陣列 22
3.3 可適性波束產生器系統平行演算法 23
3.3.1 QRD-MVDR Adaptive DBF 之演算法 23
3.3.2 Fast-Givens Adaptive DBF 之演算法 27
3.4 可適性波束產生器之實現 31
第四章 可適性波束產生器模擬與分析 37
4.1 系統在AWGN通道下的上鏈分析 37
4.1.1 AWGN通道下浮點分析 38
4.1.1.1 0°和60°入射之浮點分析 40
4.1.1.2 45°和60°入射之浮點分析 44
4.1.2 AWGN通道下定點分析 49
4.1.2.1 0°和60°入射之定點分析 49
4.1.2.1 45°和60°入射之定點分析 52
4.2 系統在等效非時變離散通道下的上鏈分析 54
4.2.1 等效非時變離散通道下的浮點分析 55
4.2.1.1 0°和60°入射之浮點分析 55
4.2.1.2 45°和60°入射之浮點分析 60
4.2.2 等效非時變離散通道下的定點分析 66
4.2.2.1 0°和60°入射之定點分析 66
4.2.2.2 45°和60°入射之定點分析 69
第五章 結論及未來研究方向 72
5.1 結論 72
5.2 未來研究方向 72
參考文獻 73
圖 目 錄
圖1-1﹕行動通訊中不良影響 2
圖2-1﹕線性式陣列天線 4
圖2-2﹕正交式GMSK調變架構 7
圖2-3﹕GMSK I通道調變波形 9
圖2-4﹕GMSK Q通道調變波形 10
圖2-5﹕training sequence I 通道波形調變 11
圖2-6﹕training sequence Q 通道波形調變 11
圖2-7﹕通訊系統架構 12
圖2-8﹕h1 通道響應 13
圖2-9﹕h2 通道響應 14
圖2-10﹕經由通道1的training sequence之I channel 14
圖2-11﹕經由通道1的training sequence之Q channel 14
圖2-12﹕軌跡圖比較 15
圖2-13﹕TDMA系統中波束產生器架構圖(for uplink) 15
圖2-14﹕GSM系統中normal burst示意圖 16
圖2-15﹕可適性波束產生器使用於GSM系統中之架構圖 17
圖3-1﹕設計流程圖 18
圖3-2﹕MVDR Adaptive Beamformer 19
圖3-3﹕避免向前替代架構示意圖 22
圖3-4﹕避免向後替代架構示意圖 22
圖3-5﹕可適性波束產生器硬體架構圖 32
圖3-6﹕各處理器之方塊圖 32
圖3-7﹕可適性波束產生器系統架構示意圖 33
圖3-8﹕處理器1 33
圖3-9﹕處理器2 34
圖3-10﹕處理器3 34
圖3-11﹕處理器4 35
圖3-12﹕處理器5 35
圖3-13﹕可適性波束產生器系統架構圖 36
圖4-1﹕可適性波束產生器工作示意圖 38
圖4-2﹕輸入信號圖(0°和60°) 41
圖4-3﹕最佳權值圖(0°和60°) 44
圖4-4﹕輸入信號圖(45°和60°) 47
圖4-5﹕最佳權值圖(45°和60°) 48
圖4-6﹕輸入信號之定點型式(0°和60°) 50
圖4-7﹕最佳權值圖定點型式(0°和60°) 51
圖4-8﹕量化誤差圖(0°和60°) 52
圖4-9﹕輸入信號之定點型式(45°和60°) 53
圖4-10﹕最佳權值圖定點型式(45°和60°) 53
圖4-11﹕量化誤差圖(45°和60°) 54
圖4-12﹕輸入信號圖(0°和60°) 59
圖4-13﹕最佳權值圖(0°和60°) 60
圖4-14﹕輸入信號圖(45°和60°) 64
圖4-15﹕最佳權值圖(45°和60°) 65
圖4-16﹕輸入信號之定點型式(0°和60°) 67
圖4-17﹕最佳權值圖定點型式(0°和60°) 68
圖4-18﹕量化誤差圖(0°和60°) 68
圖4-19﹕輸入信號之定點型式(45°和60°) 69
圖4-20﹕最佳權值圖定點型式(45°和60°) 70
圖4-21﹕量化誤差圖(45°和60°) 71
表 目 錄
表3-1﹕QRD-MVDR演算法綜合整理 25
表3-2﹕第一種運算模式(Mode 1) 26
表3-3﹕第二種運算模式(Mode 2) 27
表3-4﹕Fast-Givens MVDR演算法綜合整理 30
表3-5﹕第一種運算模式(Mode 1) 31
表3-6﹕第二種運算模式(Mode 2) 31
表4-1﹕系統及模擬參數表 ..39
表4-2﹕角度誤差表(0°和60°) 44
表4-3﹕角度誤差表(45°和60°) 49
表4-4﹕二十位元表示式 49
表4-5﹕角度誤差表(0°和60°) 60
表4-6﹕角度誤差表(45°和60°) 66

參考文獻:
[1] S. Haykin, Adaptive filter theory, 3rd ed., Prentice-Hall, Upper Saddle River, NJ, 1996.
[2] John G. Proakis, Digital Communication, 3rd ed., McGRAW-HILL, Singgapore,
1995.
[3] Theodore S. Rappaport, Wireless Communication Principles & Practice, Prentice-
Hall, Upper Saddle River, NJ, 1996.
[4] Asha Mehrotra, GSM System Engineering, Artech House, 1997.
[5] John Litva and Titus Kwok-Yeung Lo, Digital Beamforming in Wireless
Communications, Artech House,1996.
[6] Godara, "Application of Antenna Arrays to Mobile Communications, Part II:
Beam-Forming and Direction-of-Arrival Considerations," IEEE Proceedings.
Vol. 85, No. 8, August, 1997.
[7] C. F. T. Tang, K. J. R. Liu and S. A. Tretter, "Optimal Weight Extraction for
Adaptive Beamforming Using Systolic Arrays," IEEE Trans. on Aerospace and
Electronic Systems , Vol 30, No. 2, pp.367-385, April, 1994.
[8] Hui Chen and T.B. Vu, "A Practical Adaptive Array Technique for the GSM
System," IEEE, ICICS '97.
[9] Ye Li, "Blind adaptive Spatial-Temporal Equalization Algorithms for Wireless
Communications Using Antenna Arrays," IEEE Commun. Letters, Vol. 1, No. 1,
Jan. 1997.
[10] Barry D. Van Veen and Kevin M. Buckley, "Beamforming: A Versatile Approach to Spatial Filtering," IEEE ASSP, Magazine, April 1988.
[11] E. N. Frantzeskakis and K. J. R. Liu, "A Class of Square Root and Division Free Algorithms and Architectures for QRD-Based Adaptive Signal Processing," IEEE Trans. on Signal Processing, Vol. 42, No. 9, Sep. 1994.
[12] Bruno Haller, "Algorithms and VLSI Architectures for RLS-Based Time Reference Beamforming in Mobile Communications," Technical Memorandum, Communication Technology Laboratory, ETH Zurich, 1998.

QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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