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LTE系统PUSCH信道的研究与关键模块的FPGA实现

作　者: 王勉
导　师: 王原丽
学　校: 武汉理工大学
专　业: 电路与系统
关键词: LTE 物理上行共享信道 FPGA 可变点FFT 数字下变频
分类号: TN929.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

随着我国4G牌照的发放,长期演进(Long Time Evolution, LTE)即将成为国内主流移动通信标准之一,以应对日益增长的数据通信业务需求。LTE具有数据传输速率高、系统时延低、系统容量大、频谱利用率高以及覆盖范围大等优点,是当今移动通信领域的研究热点之一。PUSCH作为LTE系统中上行物理层最重要的信道之一,主要传输UE的数据和控制信息。因此对LTE系统中PUSCH的研究及关键模块的实现具有重要的实用价值和现实意义。在LTE物理上行共享信道(PUSCH)信号处理流程中,从基带信号的处理部分到中频信号部分主要有两项重要技术,即OFDM技术和数字上下变频技术。前者作为LTE的核心技术,利用可变点FFT/IFFT来实现不同系统带宽下的OFDM调制与解调；后者作为射频信号和基带信号之间通信的桥梁,通过无混叠内插和抽取,对20MHz系统带宽下的信号进行速率的转换和频谱的搬移,从而满足DSP处理速度的要求。本论文以此作为出发点,主要对可变点FFT和数字下变频这两个关键模块展开研究,并在FPGA上实现。本论文结合实习公司的实际项目,主要工作如下：1、参考各种协议和文档,主要包括3GPP组织的相关协议文档和技术报告,同时结合某些通信公司的提案,针对LTE系统中物理层基带处理过程,采用模块化方法,对发射端和接收端的各个模块进行了设计,在Matlab上建立了物理层仿真平台,对物理上行共享信道进行了仿真。2、针对用于实现可变系统带宽下OFDM调制解调技术的可变点FFT/IFFT算法进行了研究、分析与比较,并在此基础上选用了WFTA加混合基算法。通过模块化设计方法进行模块复用,用硬件描述语言Verilog设计了128点、1024点和2048点这三种可变点FFT的整个过程。然后用Modelsim进行了功能仿真,并将结果与Matlab计算的理论值进行了对比与验证,得到所设计的三种点数的EVM值均小于-40dB。测试结果表明本文能够实时的实现可变点FFT的功能,并且在精度方面能满足设计的要求,具有一定的参考和实际应用价值。3、讨论了数字下变频的基础理论,即多速率信号处理理论,并根据实际项目的指标要求在20MHz系统带宽下进行了数字下变频器(DDC)的设计和仿真。然后将数字下变频在FPGA上实现,并给出了仿真和测试结果。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-12
  1.1 研究背景及意义  9
  1.2 国内外研究现状  9-10
  1.3 论文研究内容及体系安排  10-12
第2章 LTE物理层及多址传输方式  12-20
  2.1 LTE物理层概述  12-14
    2.1.1 无线帧结构  12-14
    2.1.2 时隙结构和物理资源  14
  2.2 LTE多址传输方式  14-18
    2.2.1 下行多址OFDMA  15-17
    2.2.2 上行多址SC_FDMA  17-18
  2.3 LTE物理上行共享信道的处理流程  18-19
  2.4 本章小结  19-20
第3章 LTE物理上行共享信道仿真平台的设计  20-31
  3.1 LTE物理上行共享信道发送端  20-27
    3.1.1 发送端信道编码处理流程  20-23
    3.1.2 发送端基带SC-FDMA处理流程  23-27
  3.2 LTE物理上行共享信道接收端  27-28
    3.2.1 接收端符号级处理流程  27
    3.2.2 接收端比特级处理流程  27-28
  3.3 仿真参数的设置与仿真结果  28-30
  3.4 仿真结果分析  30
  3.5 本章小结  30-31
第4章可变点FFT算法的研究及其FPGA实现  31-53
  4.1 FFT算法理论分析与研究  31-32
    4.1.1 直接DFT算法  31
    4.1.2 Cooley-Tukey FFT算法  31-32
    4.1.3 Good-Thomas傅里叶变换算法  32
    4.1.4 Winograd傅里叶变换算法(WFTA)  32
  4.2 本论文中采用的算法  32-36
    4.2.1 WFTA硬件模块结构  33-34
    4.2.2 可变点FFT实现结构  34-35
    4.2.3 算法实现过程  35-36
  4.3 可变点FFT关键模块的FPGA设计及实现  36-47
    4.3.1 WFTA运算模块的设计及FPGA实现  36-38
    4.3.2 存储器设计  38
    4.3.3 RAM地址发生及控制单元设计及FPGA实现  38-44
    4.3.4 ROM地址产生单元设计及FPGA实现  44-47
  4.4 测试结果与分析  47-52
    4.4.1 测试方法  47
    4.4.2 测试结果  47-51
    4.4.3 性能分析  51-52
  4.5 本章小结  52-53
第5章数字下变频的设计与FPGA实现  53-63
  5.1 数字下变频理论基础  53-57
    5.1.1 数字下变频原理  53
    5.1.2 多速率信号处理基础  53-55
    5.1.3 高效数字滤波器  55-57
  5.2 数字下变频关键模块设计及FPGA实现  57-62
    5.2.1 下变频模块的设计及FPGA实现  58-59
    5.2.2 下采样模块的设计及FPGA实现  59-61
    5.2.3 数字下变频仿真分析  61-62
  5.3 本章小结  62-63
第6章总结  63-64
致谢  64-65
参考文献  65-66

LTE系统PUSCH信道的研究与关键模块的FPGA实现

内容摘要

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