[发明专利]基于FPGA的高速移动无线通信系统

说明书

本发明公开了一种基于FPGA的高速移动无线通信系统，沿光纤每隔预设距离设置一基站，基站之间组成2.5G同步环网，并与监控中心联接，移动终端与基站之间进行宽带通信；移动终端与基站之间实现定时与载波同步，且上行速率与下行速率采用可配置上下行速率比的非对称模式，通信速率根据同时接入基站的移动终端数量进行自动配置；基站与相邻基站之间协调以确定下行信道和上行信道的通信方式，实现移动终端在不同基站之间的顺利切换；基站与移动终端均包括调制解调器。通过本发明的技术方案，实现了上下信道非对称速率，且基站可根据能接入的终端数量自动调整每个终端的通信速率，解决了移动终端在高速移动通信过程中的无缝切换问题。

技术领域

本发明涉及通信系统技术领域，尤其涉及一种基于FPGA的高速移动无线通信系统。

背景技术

近年来，随着科学技术和经济的飞速发展，我国的交通建设发展迅速，因此越来越多人选择高铁或汽车作为出行方式，导致移动终端在高速移动的场景下出现的频率与日俱增。由于移动终端处于高速移动的状态下会引起多普勒频移，使得OFDM(OrthogonalFrequency Division Multiplexing)系统的同步接收难度增加，无法保证通信链路的质量。

目前，部分学者侧重于利用循环前缀的冗余信息实现同步，考虑循环前缀的缺陷，利用无符号间干扰区间内的采样，提出了新的定时度量函数与检测函数。为提高低信噪比下抗干扰能力，结合截断CP技术，提出了一种基于距离测量的时间偏移量盲估计算法。但该类算法较为复杂，不适用于存在实时性要求的移动终端。因此部分学者结合导频或前导符号实现OFDM系统的同步，提出了一种由ZC(Zadoff-Chu)序列所组成的前导符号。通过构造具有共轭重复关系结构的训练序列来保证同步结果不受频率的影响。为避免定时模糊等问题，提出了一种加权(Constant Amplitude Zero Auto-Correlation，CAZAC)训练序列，并在此基础上提出了符号定时与载波频偏联合估计的同步算法。通过较少的辅助序列，提出了一种自相关估计Auto Correlation Estimation,ACE)时频同步算法，且结合自相关函数与加权平均的思想完成频偏估计。为确定符号同步点，采用SchmidlCox算法确定符号同步范围，再结合Park算法确定符号同步点。虽然结合导频或前导符号的同步算法能够实现OFDM系统的同步，但其通过主要通过仿真系统进行算法验证，并未结合具体硬件设备进行实际测试。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种基于FPGA的高速移动无线通信系统，利用FPGA与OFDM技术，在PN同步的基础上，针对移动终端与基站之间的通信过程，设计了下行信道、上行信道和调制解调器系统，实现了上下信道非对称速率，且基站可根据能接入的终端数量自动调整每个终端的通信速率，在朝向基站运动与背向基站运动两种情况下，高增益全向天线比低增益全向天线更具有优势，且单音信号比带宽信号更能准确反映衰落深度。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于FPGA的高速移动无线通信系统，包括：基站、移动终端、监控中心和光纤环网；沿光纤每隔预设距离设置一所述基站，所述基站之间通过所述光纤组成2.5G同步环网，并与所述监控中心联接，所述移动终端与所述基站之间进行宽带通信；所述移动终端与所述基站之间实现定时同步与载波同步，且所述移动终端与所述基站之间的上行速率与下行速率采用可配置上下行速率比的非对称模式，每个所述移动终端的通信速率根据同时接入所述基站的移动终端数量进行自动配置；所述基站与相邻基站之间协调以确定所述基站与所述移动终端之间的下行信道和上行信道的通信方式，实现所述移动终端在不同基站之间的顺利切换；所述基站与所述移动终端均包括调制解调器，所述基站的调制解调器通过IP交换器与外部设备联接，所述移动终端的调制解调器通过WiFi模块与外部设备联接。