动态频谱资源共享宽带无线通信系统射频技术研究

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近年来,随着无线通信业务的不断增加,频谱资源变得越来越紧缺。但是,在现有的频谱资源固定分配模式下仍存在许多未被充分利用的频谱资源,造成了频谱的浪费。为了解决这种紧缺与浪费之间的矛盾,认知无线电被推到了无线通信发展的前沿。作为一种实用的认知无线电技术,动态频谱资源共享技术能够发现空白频谱并合理地利用它们,从而于系统级上提高频谱资源的利用率。射频子系统作为无线通信系统必不可少的组成部分,一直是无线通信领域的研究重点和热点之一。因此,作者结合国家“863”计划重点项目:“频谱资源共享无线通信系统”的子课题“动态频谱资源共享宽带无线通信系统验证网络开发”,研究应用于UHF频段动态频谱资源共享宽带无线通信系统的动态可重构射频子系统及其他与认知无线电相关的射频技术。本文的主要研究工作和创新性成果如下:  1.基于软件无线电架构,提出了应用于UHF频段动态频谱资源共享宽带无线通信系统的动态可重构射频子系统的设计方案,研制出了用于UHF频段动态频谱资源共享宽带无线通信系统的动态可重构射频子系统,能够同时完成环境感知任务和数据传输任务,能够动态地重构而组成连续的或间隔的8MHz或16MHz亦或24MHz射频传输通道,并成功地用于我国首个UHF频段大规模的动态频谱资源共享宽带无线通信系统验证网络。动态可重构射频子系统中的接收机具有以下特征:抗干扰、宽增益动态范围、高接收灵敏度、高选择性等;动态可重构射频子系统中的发射机具有以下特征:高线性、宽增益动态范围等。相关研宄成果已在MicrowaveandOpticalTechnologyLetters发表,部分研究成果已被IEEETransactionsonIndustrialElectronics接收。  2.分析了射频收发信机在UHF频段动态频谱资源共享宽带无线通信系统与广播电视系统共存时的干扰抑制特性,提出了应用于UHF频段动态频谱资源共享宽带无线通信系统的射频接收机和射频发射机技术指标。(a)由于存在不同于一般无线通信系统的强干扰环境,本文针对动态频谱资源共享网络的新应用场景,既分析了UHF频段动态频谱资源共享无线通信系统的动态可重构射频子系统与广播电视系统之间的干扰情况,又分析了动态可重构射频子系统之间的干扰情况,并提出了相应的干扰抑制解决方案,从而保障了整个射频子系统的设计。(b)根据成熟的工程方法,经分析推导,提出了动态频谱资源共享网络新应用场景下动态可重构射频子系统的指标要求,如输入三阶截点、相邻信道抑制度、相邻信道功率泄露比等。根据这些指标要求,对UHF频段动态频谱资源共享无线通信系统的动态可重构射频子系统进行设计,体现出了应用创新性研究。(c)根据抗干扰方案和新应用场景下的指标要求,分析了射频收发信机设计的合理性,从而保障了动态可重构射频子系统的设计,具体体现在接收机中频频率的选择、关键器件的性能分析与选择、高选择性的实现等方面。相关研究成果已在《通信学报》发表,部分研究成果已被IEEETransactionsonIndustrialElectronics接收。此外,基于部分研究成果还申请了一项国家发明专利。  3.基于相邻信道抑制度等抗干扰要求和小型化需求,提出了一种可用于UHF频段动态频谱资源共享宽带无线通信系统的直接变频射频接收机改进方案,该方案中采用了两个信道选择可调滤波器组,并通过分析得出了信道选择可调滤波器组的性能要求,最后通过电路实测,验证了方案的可行性。传统的直接变频射频接收机信道选择仅依赖于模拟基带滤波器和数字基带滤波器,无法满足UHF频段动态频谱资源共享宽带无线通信系统对干扰抑制的要求。所提出的直接变频射频接收机改进方案在射频部分采用了两个信道选择可调滤波器组,能够充分地抑制干扰信号,满足系统对干扰抑制的要求。相关研究成果已在《东南大学学报(英文版)》发表,而且,基于部分研究成果已获得了一项实用新型专利。此外,基于部分研究成果还申请了一项国家发明专利。  4.研制了三种与动态频谱资源共享技术相关的射频器件。基于缺陷地结构,研制了一种具有宽抑制范围的宽带带通滤波器,相关研究成果已在2011年IEEEAP-S年会2011InternationalSymposiumonAntennasandPropagation发表。研制了一种高效率高线性的反向Doherty功率放大器,相关研究成果已在刊物《微波学报》和2010年InternationalSymposiumonSignalsSystemsandElectronics发表。基于缺陷地结构,研制了一种双频带分支线耦合器,相关研究成果已在刊物MicrowaveandOpticalTechnologyLetters和2008年IEEEMTT-S年会2008InternationalMicrowaveSymposium发表。
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