【正文】 現(xiàn) LTE 接收機(jī) 通信 基 帶 的 仿真 驗(yàn) 證實(shí) 現(xiàn) 的工 作情 況 。 20 年代 80 年初， 美國(guó)Qualm 公司 推出 了窄帶碼分多址 (CDMA,CodeDivision Multiple Access)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)，這是移動(dòng)通信系統(tǒng)發(fā)展中的里程碑。但是由于 3G系統(tǒng)的核心網(wǎng)還沒(méi)有完全脫離第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)的核心 網(wǎng)結(jié)構(gòu)，普遍認(rèn)為 3G系統(tǒng)僅僅是一個(gè)向未來(lái)移動(dòng)通信系統(tǒng)過(guò)渡的階段。LTE 作為未來(lái)的通信標(biāo)準(zhǔn)，能夠更好地利用頻譜，以更低的成本提供更好的覆蓋和信道容量 。 圖 21 OFDM系統(tǒng)與傳統(tǒng)多載波調(diào)制的頻譜效率比較 [1] 如圖 21 所示， FDM 中， 各個(gè)用戶所占的頻帶之間一般要求有保護(hù)帶寬，以免相互干擾。正交頻分復(fù)用是多載波調(diào)制 (MCM， Multicarrier Modulation)的一種改進(jìn)。 串 并 變 換XX+信 道+并 串 變 換XX 圖 22 OFDM系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型框圖 圖 23 包含 4 個(gè)子載波的 OFDM符號(hào) 如圖 23，該 OFDM 符號(hào) 包含 4 個(gè)子載波，假定子載波 都 具有相同的幅值和相位，實(shí)際應(yīng)用中隨著數(shù)據(jù)符號(hào)的調(diào)制方式不同，每個(gè)子載波的幅值和相位也不全相同，每個(gè)子載波在一個(gè) OFDM 符號(hào)周期內(nèi)都包含整數(shù)個(gè)周期 ，而且各個(gè)相鄰子載波之間都相差一個(gè)周期 ，如 (23) 1??∫ ??????(??2????????)????????0 (???2????????)????=21 ?? = ??0 ?? ≠ ?? (23) 對(duì)第 j個(gè)子載波進(jìn)行相關(guān)解調(diào)， 在時(shí)間長(zhǎng)度 T內(nèi)進(jìn)行積分 ，如 (24)， 可得 ?????=1??∫ ??????(???2?? ????(?? ?????))∑ ?????????????1??=0????+??????(??2?? ???? (??? ????))????=∑ ????∫ ??????(??2????????? (?? ?????))????+?????????1??=0 ????=???? (24) 即對(duì)第 j個(gè)子載波進(jìn)行相關(guān)解調(diào)可 恢復(fù)出期望符號(hào) ????。在每一個(gè) 子載波 頻譜 的 最大值處 ，所有其他子載波的頻譜幅度恰好為零 ，在解調(diào)過(guò)程中從這些相互重疊的子信道符號(hào)頻譜提取出每個(gè)子信道符號(hào)而不會(huì)受到其他子信道的干擾 (ICI)。 IFFT變換和 FFT變換的作用相 反 ，適用于任何的所有應(yīng)用系統(tǒng)，其中上半部分為發(fā)射機(jī)鏈路，下半部分為接收機(jī)鏈路。小區(qū)內(nèi)的主同步信號(hào)序列從 3 種 不同的序列中選擇一種，物理層小區(qū)標(biāo)識(shí)組內(nèi)的 3 個(gè)物理層小區(qū)標(biāo)識(shí)與 3 個(gè)主同步信號(hào)序列 一一對(duì)應(yīng) 。 把輸入數(shù)據(jù)流串并變換到 N 個(gè)并 5 行的子信道中， 使得每個(gè)調(diào)制子載波的數(shù)據(jù)周期可以擴(kuò) 展 為原始數(shù)據(jù)符號(hào)周期的 N 倍， 時(shí)延 擴(kuò)展與符號(hào)周期的數(shù)值比同樣降低 N倍。在 FFT 運(yùn)算時(shí)間內(nèi)，第一個(gè)子載波和第二個(gè)子載波之間的周期數(shù)之差 ?T已不是 整數(shù)，當(dāng)接收機(jī)對(duì)第一個(gè)子載波進(jìn)行解調(diào)時(shí)，第二子載波會(huì)對(duì)第一子載波造成干擾，同樣，當(dāng)接收機(jī)對(duì)第二子載波進(jìn)行解調(diào)時(shí)，也會(huì)存在來(lái)自第一子載波的干擾 。 保 護(hù) 間 隔 I F F T 輸 出 保 護(hù) 間 隔符 號(hào) N + 1時(shí) 間符 號(hào) N 1IFFTIFFT符 號(hào) N復(fù) 制 圖 26 加入保護(hù)間隔的 OFDM 符號(hào) MIMO(多輸入多輸出 ) MIMO： (MultipleInput MultipleOutput) [5]多輸入多輸出 。 接 收發(fā) 射 圖 27 MIMO 工作結(jié)構(gòu)示意圖 LTE 實(shí)現(xiàn)方式 LTE 標(biāo)準(zhǔn)定義了頻分雙工 (FDD)和時(shí)分雙工 (TDD)兩種方式。某個(gè)時(shí)間段由基站發(fā)送信號(hào)給移動(dòng)臺(tái)，其余 由移動(dòng)臺(tái)發(fā)送信號(hào)給基站，基站和移動(dòng)臺(tái)之間必須協(xié)同一致才能順利工作。 0 1 2 3 1 7 1 8 1 9一 個(gè)時(shí) 隙一 個(gè) 子 幀一 幀 = 1 0 m s 0 1 2 3C P 4 C P 5C P 6C P : 8 0C P : 7 2C P : 7 2C P : 7 2C P : 7 2 C P : 7 2 C P : 7 2C PC PC PC PI F F T / F F T : 1 0 2 41 m s0 . 5 m s 圖 28 FDDLTE 幀結(jié)構(gòu) 8 圖 29 FDDLTE 子載波分布 [5] 如圖 29 所示， 根據(jù) LTE 幀結(jié)構(gòu) ，在第 0 和第 4 符號(hào)進(jìn)行插入導(dǎo)頻，在第 6 符號(hào)插入同步數(shù)據(jù) 。每時(shí)隙占用 200 個(gè) RE。每時(shí)隙占用 74 個(gè) RE。輸出信號(hào)的 復(fù)等 效基帶信號(hào) ???? =∑ ????exp (???2???????? )???1??=0 (0≤ i ≤ N?1) ????≤??≤????+????????∩??????+?? (31) 實(shí)部和虛部分別對(duì)應(yīng) OFDM符號(hào)的同相和正交分量 。每一級(jí)運(yùn)算都需要 N/2 次復(fù)數(shù)乘和 N 次復(fù)數(shù)加 (沒(méi)個(gè)蝶形需要兩次復(fù)數(shù)加法 )，即 M 級(jí)運(yùn)算總的 復(fù)數(shù)乘次數(shù)為 ???? = ??2 ??=??2lbN (317) 復(fù)數(shù)加法次數(shù)為 ???? = N??=NlbN 直接計(jì)算 DFT 與 FFT 算法的計(jì)算量之比為 ： 圖 34 直接計(jì)算 DFT 與 FFT 算法的計(jì)算量之比 [6] 結(jié)論： FFT 算法的優(yōu)越性， N 越大，優(yōu)越性越明顯 DIF 的基 2FFT 算法 按頻率抽選的基 2FFT 算法是按 K 的奇偶性將 X(k)分為兩部分 { ??(2??) = ∑ 0??(??)+??(??+??2)1???? 2?nr??2?1??=0??(2??+1) = {∑ 0??(??) ???(??+??2)1????????2?1??=0 }????/2???? ?? = 0,1,…,??2 ?1 (318) 化簡(jiǎn)得 { ??1(??)= ??(??) +??(??+??2)??2(??)= 0??(??)???(??+??2)1?????? ?? = 0,1,…,??2 ?1 (319) 類似，可以得到頻率抽選法的基本蝶形運(yùn)算流圖 如圖 35： 圖 35 頻率抽選法蝶形運(yùn)算流圖 同理，將 N/2 個(gè)點(diǎn)分解成奇數(shù)組和偶數(shù)組，即將 N/2 點(diǎn) DFT 分級(jí)為兩個(gè) N/4 點(diǎn) DFT，直至分解到22222NNNlog Nlog N ? 12 第 L(?? = 2??)級(jí) 。 同步數(shù)據(jù)： 根據(jù)同步數(shù)據(jù)定義 ，根據(jù)該系統(tǒng)所使用 FPGA設(shè)定的數(shù)據(jù)位寬進(jìn)行 matlab 數(shù)據(jù)生成 ，如圖 39 14 圖 39 同步數(shù)據(jù)的導(dǎo)出 16QAM 調(diào)制解調(diào) 調(diào)制 QAM 與其他調(diào)制技術(shù)比較，能得到更高的頻譜效率，且具有抗噪聲能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。t(0≤ t ≤ ????) (324) 式中兩個(gè)相互正交的載波分量中，每個(gè)載波被一組離散的振幅 *????+*????+所調(diào)制； ????為碼元周期，m= 振幅 ????和 ????可以表示成： {???? = ??????；即同相分量???? = ??????；即正交分量。星 座圖上每一個(gè)星座點(diǎn)對(duì)應(yīng)發(fā)射信號(hào)集中的那一點(diǎn)，星座點(diǎn)越多，每個(gè)符號(hào)能傳輸?shù)男盘?hào)量就越大。 下面通過(guò)比較 16QAM 信號(hào)和 16PSK 信號(hào)的性能 ，以解釋 QAM 的性能體現(xiàn) ： 在下圖中，按最大振幅相等，畫出這兩種信號(hào)的星座圖。 + 1 + 3i 18 4 + 3 + 3i 共有能量 72+80+8=160，這 16 個(gè) 星座點(diǎn) 的等概率分布是 1 16? ，所以平均能量 160*116=10，其平均后的波形幅度為 √10，而 QPSK 為 2*4 個(gè)星座 =8，出現(xiàn)概率為 14，所以平均能量 =8*14=2，結(jié)果為 √2，其他類推 。再比如，在比較空時(shí)碼系統(tǒng)和單天線系統(tǒng)中，還是以進(jìn)入時(shí) 空碼編碼前信號(hào)能量為基準(zhǔn)，那么發(fā)送時(shí)的總能量一致，即時(shí)空碼系統(tǒng)中各天線發(fā)射功率總和應(yīng)和單天線系統(tǒng)發(fā)射功率相同。 16PSK信號(hào)的平均功率（振幅）就等于其最大功率（振幅）。 實(shí)際解調(diào)過(guò)程中依據(jù)編碼選擇的方案不同，所選擇的解調(diào)方式也不大一樣 。 軟解調(diào)： 接收機(jī)處理基帶信息時(shí)， 當(dāng) 選擇概率譯碼時(shí)，此時(shí) 進(jìn)行軟解調(diào)可以為譯碼提供更多的參考信息 。 B） 非線性碼：一切監(jiān)督關(guān)系方程均不滿足線性規(guī)律的信道編碼稱為非線性碼 線性譯碼時(shí)，對(duì)有代數(shù)結(jié)構(gòu)的碼，盡量利用其代數(shù)結(jié)構(gòu)，例如線性分組碼；對(duì)于卷積碼， turbo 碼等不能用代數(shù)結(jié)構(gòu)表示的碼字，在利用概率譯碼時(shí)，要盡可能選用一些優(yōu)化算法，例如 viterbi算法 。 串行級(jí)聯(lián)卷積碼（ SCCC） 對(duì)于 PCCC 的平臺(tái)效應(yīng)，該方案集合串行級(jí)聯(lián)碼和 PCCC 的 turbo 特點(diǎn)， 在適當(dāng)?shù)姆秶旁氡确秶?，通過(guò)迭代譯碼可以得到優(yōu)異的譯碼性能 混合級(jí)聯(lián)卷積碼（ HCCC） 結(jié)合了 PCCC 和 SCCC的各自特色，在低信噪比情況下優(yōu)異的譯碼性能，可以消除 PCCC 的平臺(tái)效應(yīng)，對(duì)應(yīng)的 HCCC的實(shí)現(xiàn)比 PCCC和 SCCC 復(fù)雜。 各模塊的需求如下： 表 42 接收機(jī)主要模塊功能 說(shuō)明 功能 具體功能 需求 /備注 FFT 模塊 使用流水 I/O，并行輸出數(shù)據(jù)， 進(jìn)行傅里葉變換 ，將時(shí)域數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成頻域數(shù)據(jù) 使用 IP 核 de_map 通過(guò)識(shí)別 接收 的符號(hào)標(biāo)號(hào)來(lái)判斷如何 去除 導(dǎo)頻和同步 數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)到 FIFO，滿足一定條件后從， FIFO輸出數(shù)據(jù)至下一個(gè)模塊 de_map輸入的數(shù)據(jù)有 1024個(gè)復(fù)數(shù)，去除同步導(dǎo)頻數(shù)據(jù)后，從符號(hào)塊06 解 映射 后 的數(shù) 據(jù) 依 次為500,600,600,600,500,600,526，為了防止數(shù)據(jù)的丟失， FIFO讀出數(shù)據(jù)使能位有效的條件需要 FIFO緩存一定的數(shù)據(jù)后再取出 de_QAM+反打孔 基于 de_QAM機(jī)制，將輸入的一個(gè) 32位寬的復(fù)數(shù)轉(zhuǎn)換成 4個(gè) 16位寬的實(shí)數(shù)，進(jìn)行反打孔，截取符號(hào)位，整數(shù)位和 3位小數(shù)位，生成 3個(gè) 5位寬的數(shù)據(jù)，輸出至de_turbo進(jìn)行解碼，實(shí)現(xiàn)解調(diào) 選擇 16QAM，因?yàn)橹谱骱?jiǎn)介，低信噪比下性能良好，也有利于發(fā)揮turbo解碼的性能。 … Endmodule modelsim 仿真 圖 44 FFTmodelsim仿真視圖 解映射 de_map 解映射 RTL 視圖 圖 45 de_map模塊 RTL視圖 接口描述 ： 表 44 de_map接口說(shuō)明 23 接口 說(shuō)明 位寬 in_clk_61_44 de_map 解碼模塊的有效時(shí)鐘輸入 1 in_valid 輸入數(shù)據(jù)有效使能位，高電平有效 1 rst_n 復(fù)位信號(hào)，低電平有效 1 in_n_sym 輸入塊符號(hào) 3 in_im de_map 輸入的虛部數(shù)據(jù) 16 in_re de_map 輸入的實(shí)部數(shù)據(jù) 16 out_n_sym 輸出塊符號(hào) 3 out2qam_im de_map 輸出的虛部數(shù)據(jù) 16 out2qam_re de_map 輸出的實(shí)部數(shù)據(jù) 16 out_valid 輸出數(shù)據(jù)有效使能位，高電平有效 1 功能說(shuō)明： 模塊功能描述：該模塊實(shí)現(xiàn)去導(dǎo)頻同步資源粒數(shù)據(jù)的功能，將一幀數(shù)據(jù)中的 7 個(gè)符號(hào)塊資源粒，針對(duì)符號(hào)塊的不同， 進(jìn)行不同的解映射數(shù)據(jù)處理 ，實(shí)現(xiàn)與 map 對(duì)逆的數(shù)據(jù)處理 代碼實(shí)現(xiàn) module de_map( //in input in_clk_61_44, //時(shí)鐘 input rst_n, //復(fù)位信號(hào) input [15:0] in_re, //輸入實(shí)部數(shù)據(jù) input [15:0] in_im, //輸入虛部數(shù)據(jù) input [2:0] in_n_sym, //輸入符號(hào)數(shù) 的標(biāo)識(shí) input in_valid, //輸入使能位 //out output [15:0] out2qam_re, //輸出至 QAM的實(shí)部數(shù)據(jù) output [15:0] out2qam_im, //輸出至 QAM的虛部數(shù)據(jù) output reg out_valid, //輸出使能位，高電平有效 output reg [2:0] out_n_sym //輸出符號(hào)數(shù)的標(biāo)識(shí)