【正文】 1 (313) X(k)=DFT[(n)]=∑ ??(??)????nk???1??=0 =∑ ??(2??)????2rk??1?1??=0 +∑ ??(2?? +1)????(2r+1)k??1?1??=0 = ∑ ??1(??)????2rk??2?1??=0 +????k∑ ??2(??)????2rk??2?1??=0 =??1(??)+????k??2(??) (314) X(k)= ??1(??)+????k??2(??) ?? = 0,1,…,??2 ?1 (315) X(k+??2)= ??1(??)?????k??2(??) ??= 0,1,…,??2 ?1 (316) 11 圖 33 時(shí)間抽選法蝶形運(yùn)算流圖 ??1(??)與 ??2(??)分別為 ??1(??)及 ??2(??)的 N/2點(diǎn) DFT 由此得出，一個(gè) N 點(diǎn)的 DFT 分解成兩個(gè) N/2 點(diǎn)的 DFT，又由 ⑤ 組合成一個(gè) N 點(diǎn) DFT，進(jìn)一步將每個(gè)N/2 點(diǎn)子序列再按其奇偶部分分解為兩個(gè) N/4 的子序列。 令 ????=0，忽略矩形函數(shù)，并對(duì)信號(hào) s(t)以 T/N的速率進(jìn)行采樣，即令 t=kT/N(k=0,1,2… ,N1),得 ???? = ??.??????/ = ∑ ????exp ,j2???????? ???1??=0 (32) 與 IDFT 運(yùn)算的表達(dá)式一致，說(shuō)明 OFDM 復(fù)等效基帶信號(hào)可以用 IDF 的方法得到，同樣在接收端，恢復(fù)原始數(shù)據(jù)符號(hào) ????的處理就可以用通過(guò) ????進(jìn)行反變換，即 DFT，得到 ???? =∑ ????exp (???2???????? )???1??=0 (0≤ i ≤ N?1) (33) 在 OFDM 系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用中，通常 采用 更加方便快捷的 FFT/IFFT[6]來(lái)降低運(yùn)算復(fù)雜度 10 IFFT 和 FFT 的工作機(jī)制 設(shè) x(n)為 N 點(diǎn)有限長(zhǎng)序列，其 DFT 為 X(k)=∑ ??(??)???????????1??=0 k=0、 … 、 N1 (34) 通常 x(n)和 ????nk都是復(fù)數(shù)，因此一個(gè) X(k)需要 N 次復(fù)數(shù)乘法和 N1 次復(fù)數(shù)加法 完成整個(gè) DFT 運(yùn)算則需要 ??2次復(fù)數(shù)乘法及 N(N1)次復(fù)數(shù)加法 ； 由于 DFT 的運(yùn)算次數(shù)與 ??2成正比 , N 較大時(shí) , 運(yùn)算量非?？捎^ 。 如表26 所示。具體表 26 所示： 表 27 一個(gè)時(shí)隙中符號(hào)塊的具體資源粒 一個(gè)時(shí)隙中的符號(hào)塊 第 0 符號(hào)塊 第 1 符號(hào)塊 第 2 符號(hào)塊 第 3 符號(hào)塊 第 4 符號(hào)塊 第 5 符號(hào)塊 第 6 符號(hào)塊 資源粒數(shù)目（可用） 500 600 600 600 500 600 526 需添加的同步導(dǎo)頻參數(shù)資源粒的數(shù)目 100 ( 導(dǎo)頻數(shù)據(jù) ) 0 0 0 100 ( 導(dǎo)頻數(shù)據(jù) ) 0 74 (62 個(gè)同步數(shù)據(jù)+10 個(gè) 0) 同步數(shù)據(jù) : 說(shuō)明，協(xié)議中定義添加 62 個(gè)同步數(shù)據(jù)，由于設(shè)計(jì)初期為了 FPGA算法實(shí)現(xiàn)方便 (64= 26),這里設(shè)為64 個(gè)同步數(shù)據(jù)，實(shí)際對(duì)整個(gè)基帶的處理并沒有影響。 對(duì)于 參考導(dǎo)頻 ， 在 0、 4符號(hào)中添加導(dǎo)頻。 FDD/TDD 的比較 表 25 LTE FDD/TDD 的比較 相同點(diǎn) 不同點(diǎn) 高層信令，包含 NAS,RRC 等 幀結(jié)構(gòu)：影響無(wú)線資源管理，調(diào)度實(shí)現(xiàn) 2 層用戶面處理， MAC,RLC,PDCP TDD 上下行時(shí)分方式，影響物理層反饋過(guò)程 物理層基本機(jī)制，幀長(zhǎng)，調(diào)制，多址，信道編碼，功率控制，干擾控制等 同步： TDD 系統(tǒng)要求時(shí)間同步， FDD 在支持 eMBMS時(shí)才需考慮 TDD 與 FDD 空中接口指標(biāo)要求完全相同 多天線： TDD 系統(tǒng)可基于上行估計(jì)下行 LTE 物理層主要性能指標(biāo) 表 26 LTE物理層主要性能指標(biāo) 7 發(fā)送帶寬 3MHz 5MHz 10MHz 15MHz 20MHz 子幀長(zhǎng)度 子載波間隔 15KHz(MBMS 專用小區(qū) ) 抽樣頻率 FFT 大小 128 256 512 1024 1536 2048 資源塊 (RB)數(shù)量 6 15 25 50 75 100 占用子載波數(shù)量 73 181 301 601 901 1201 每 個(gè) 子 幀OFDM 符號(hào)數(shù)量 (短 /長(zhǎng)CP) 14/12 OFDM符號(hào)長(zhǎng)度 正常CP 第一個(gè)符號(hào)： ,其余符號(hào) 擴(kuò)展CP CP 長(zhǎng)度(us/抽樣 ) 正常CP ()’6, ()’1 ()’6, ()’1 ()’6, ()’1 ()’6, ()’1 ()’6, ()’1 ()’6, ()’1 擴(kuò)展CP () () () () () ( LTE 的幀結(jié)構(gòu) [5]有 FDDLTE和 LDDLTE，由于該 設(shè)計(jì)是基于 FDDLTE 的幀結(jié)構(gòu)進(jìn)行展開設(shè)計(jì)的，這里著重介紹 FDDLTE 的幀結(jié)構(gòu)： FDD 幀結(jié)構(gòu)的每個(gè)無(wú)線幀長(zhǎng) ???? =307200*???? =10ms, 包含 20 個(gè)時(shí)隙，每個(gè)時(shí)隙長(zhǎng)度為??????????=15360*????=。 (FDD) FDD 是在分離的兩個(gè)對(duì)稱頻率信道上進(jìn)行接收與發(fā)送，用保護(hù)頻段來(lái)分離接收和發(fā)送信道。 該技術(shù)依賴于 運(yùn)用 多個(gè)接收 /發(fā)送天線的技術(shù)，可用于提高系統(tǒng)性能，包括提高系統(tǒng)容量和提高小區(qū)覆蓋范圍，也可以提高業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)傳輸速率，相比 SISO， MISO,SIMO,MIMO 是無(wú)線移動(dòng)通信領(lǐng)域天線技術(shù)的重大突破， 如 表 24所示， 任何一個(gè)無(wú)線通信系統(tǒng)，只要其發(fā)射端和接收端均采用 多個(gè)天線或天線陣列，就可構(gòu)成一個(gè)無(wú)線 MIMO 系統(tǒng) 。 圖 25 多徑情況下，空閑保護(hù)間隔在子載波間造成的干擾 通過(guò)在每個(gè)符號(hào) 起始 位置增加保護(hù)間隔可進(jìn)一步抵制 ISI，還可減少在接收端定時(shí)偏移錯(cuò)誤，這種保護(hù)間隔是一種循環(huán)復(fù)制，增加符號(hào)的波形長(zhǎng)度，在 符號(hào) 的 數(shù)據(jù)部分，每一個(gè)子載波內(nèi)有一個(gè)整數(shù)倍的循環(huán)， 符號(hào) 的復(fù)制產(chǎn)生 了 一個(gè)循環(huán)信號(hào) 循環(huán)前綴 (CP) [4]，即將每個(gè) OFDM 符號(hào)的后 ????時(shí)間中的樣點(diǎn)復(fù)制到 OFDM 符號(hào)前面，形成前綴，在交接點(diǎn)沒有任何間隔。為了最大限度的消除符號(hào)間干擾 (inter symbol interference。 主同步信號(hào)序列 d(n)是根據(jù)下面的頻域 ZadoffChu(ZC)序列生成的。 輸入導(dǎo)頻： 根據(jù) LTE 的幀結(jié)構(gòu)，在不同的符號(hào)塊 分別 插入導(dǎo)頻 和 同步數(shù)據(jù) ，這些參考信號(hào)主要用來(lái) 在接收機(jī)信道估計(jì)，幫助解調(diào)信道信息 。各個(gè)子信道頻譜之間并不存在相互干擾，因此可以說(shuō) OFDM 的符號(hào)頻譜 也是 滿足 奈奎斯特準(zhǔn)則。對(duì)于其他子載波，由于積分間隔內(nèi)頻率差 ??????? 產(chǎn)生整數(shù)倍個(gè)周期，故積分為 0； 以上討論的是時(shí)域上 OFDM系統(tǒng)子載波的正交性， 對(duì)于 頻域上理解 OFDM 系統(tǒng)子載波的正交性 如下： 3 圖 24 OFDM系統(tǒng)子載波的頻譜特性 [3] 由于每個(gè) OFDM符號(hào)在周期 T內(nèi)都包含多個(gè)非零的子載波，故其頻譜可以看做是周期為 T的矩形脈沖的頻譜與一組位于各個(gè)子載波頻譜上的 δ函數(shù)的卷積。特點(diǎn)是各子載波相互正交，所以擴(kuò)頻調(diào)制后的頻譜相互重疊， 不進(jìn) 減小了子載波間的相互干擾，還大大提高了頻譜利用率 。 相比 OFDM， 各個(gè)用戶所占的頻帶之間不但沒有保護(hù)帶寬，還有重疊，所以所占的帶寬比 FDM要窄。 2 LTE技術(shù) LTE(Long Term Evolution)作為未來(lái)移動(dòng)通信的標(biāo)準(zhǔn)，采用 OFDMMIMO 技術(shù)，速率可以達(dá)到50100Mbit/s,上行速率也可以達(dá)到 3050Mbit/s。 目前，已經(jīng)把更多的方向投向超 3G(Beyond 3G)的移動(dòng)通信系統(tǒng)。從此碼分多址這種新的無(wú)線接入技術(shù)在移動(dòng)通信領(lǐng)域占據(jù)了越來(lái)越重要的地位 。 【關(guān)鍵詞】 LTE 長(zhǎng)期演進(jìn) ； FPGA； OFDM 正交頻分復(fù)用 目錄 1 引言 ............................................................................. 1 2 LTE技術(shù) ......................................................................... 1 LTE關(guān)鍵技術(shù) ................................................................. 1 LTE實(shí)現(xiàn)方式 ................................................................. 6 LTE物理層主要性能指標(biāo) ........................................................ 6 3 系統(tǒng)概述 ......................................................................... 8 系統(tǒng)框圖 ..................................................................... 9 模塊解析 ..................................................................... 9 開發(fā)、測(cè)試與硬件環(huán)境 ........................................................ 18 4 軟件設(shè)計(jì) ........................................................................ 19 .................................................................... 19 .................................................................... 20 5 系統(tǒng)調(diào)試 ........................................................................ 26 Matlab仿真 ................................................................. 26 硬件測(cè)試 (Chipsope抓包數(shù)據(jù)處理 ) .............................................. 29 6 結(jié)束語(yǔ) ...................................................................................................................................... 35 7 致謝 ......................................................................................................................................... 35 8 參考文獻(xiàn) .................................................................................................................................. 35 1 1 引言 從 20 世紀(jì) 80年代中期開始，數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)進(jìn)入發(fā)展和成熟時(shí)期。 LTE 作 為 3G 技 術(shù) 的演 進(jìn) ，改 進(jìn) 和增 強(qiáng) 了 3G 的空 中接口 技 術(shù) ，采 用正交 頻 分復(fù) 用 (O FDM， O rt hogonal Fre que nc y D iv is ion M ult iple xing)和多 輸 入多 輸 出( M I M O,Mult i I nput M ulti Out put)作 為 無(wú) 線 網(wǎng) 絡(luò) 演 進(jìn) 的 唯一 標(biāo) 準(zhǔn)，提 高數(shù) 據(jù) 傳 送 速率 ，改善小區(qū) 邊緣 用 戶 性 能和提 高小 區(qū)容量 ，降 低系 統(tǒng) 延 遲 等 ；本 設(shè)計(jì) 介 紹 了 LTE 的 物理 層幀結(jié) 構(gòu) 及核 心 技 術(shù) OFDM，使 用 FPGA 平臺(tái) 實(shí)