【正文】 現 LTE 接收機 通信 基 帶 的 仿真 驗 證實 現 的工 作情 況 。 20 年代 80 年初， 美國Qualm 公司 推出 了窄帶碼分多址 (CDMA,CodeDivision Multiple Access)蜂窩移動通信系統(tǒng)，這是移動通信系統(tǒng)發(fā)展中的里程碑。但是由于 3G系統(tǒng)的核心網還沒有完全脫離第二代移動通信系統(tǒng)的核心 網結構，普遍認為 3G系統(tǒng)僅僅是一個向未來移動通信系統(tǒng)過渡的階段。LTE 作為未來的通信標準，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)多載波調制的頻譜效率比較 [1] 如圖 21 所示， FDM 中， 各個用戶所占的頻帶之間一般要求有保護帶寬，以免相互干擾。正交頻分復用是多載波調制 (MCM， Multicarrier Modulation)的一種改進。 串 并 變 換XX+信 道+并 串 變 換XX 圖 22 OFDM系統(tǒng)數學模型框圖 圖 23 包含 4 個子載波的 OFDM符號 如圖 23，該 OFDM 符號 包含 4 個子載波，假定子載波 都 具有相同的幅值和相位，實際應用中隨著數據符號的調制方式不同，每個子載波的幅值和相位也不全相同，每個子載波在一個 OFDM 符號周期內都包含整數個周期 ，而且各個相鄰子載波之間都相差一個周期 ，如 (23) 1??∫ ??????(??2????????)????????0 (???2????????)????=21 ?? = ??0 ?? ≠ ?? (23) 對第 j個子載波進行相關解調， 在時間長度 T內進行積分 ，如 (24)， 可得 ?????=1??∫ ??????(???2?? ????(?? ?????))∑ ?????????????1??=0????+??????(??2?? ???? (??? ????))????=∑ ????∫ ??????(??2????????? (?? ?????))????+?????????1??=0 ????=???? (24) 即對第 j個子載波進行相關解調可 恢復出期望符號 ????。在每一個 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 ，在解調過程中從這些相互重疊的子信道符號頻譜提取出每個子信道符號而不會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用系統(tǒng)，其中上半部分為發(fā)射機鏈路，下半部分為接收機鏈路。小區(qū)內的主同步信號序列從 3 種 不同的序列中選擇一種，物理層小區(qū)標識組內的 3 個物理層小區(qū)標識與 3 個主同步信號序列 一一對應 。 把輸入數據流串并變換到 N 個并 5 行的子信道中， 使得每個調制子載波的數據周期可以擴 展 為原始數據符號周期的 N 倍， 時延 擴展與符號周期的數值比同樣降低 N倍。在 FFT 運算時間內，第一個子載波和第二個子載波之間的周期數之差 ?T已不是 整數，當接收機對第一個子載波進行解調時，第二子載波會對第一子載波造成干擾，同樣，當接收機對第二子載波進行解調時，也會存在來自第一子載波的干擾 。 保 護 間 隔 I F F T 輸 出 保 護 間 隔符 號 N + 1時 間符 號 N 1IFFTIFFT符 號 N復 制 圖 26 加入保護間隔的 OFDM 符號 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 工作結構示意圖 LTE 實現方式 LTE 標準定義了頻分雙工 (FDD)和時分雙工 (TDD)兩種方式。某個時間段由基站發(fā)送信號給移動臺，其余 由移動臺發(fā)送信號給基站，基站和移動臺之間必須協(xié)同一致才能順利工作。 0 1 2 3 1 7 1 8 1 9一 個時 隙一 個 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 幀結構 8 圖 29 FDDLTE 子載波分布 [5] 如圖 29 所示， 根據 LTE 幀結構 ，在第 0 和第 4 符號進行插入導頻，在第 6 符號插入同步數據 。每時隙占用 200 個 RE。每時隙占用 74 個 RE。輸出信號的 復等 效基帶信號 ???? =∑ ????exp (???2???????? )???1??=0 (0≤ i ≤ N?1) ????≤??≤????+????????∩??????+?? (31) 實部和虛部分別對應 OFDM符號的同相和正交分量 。每一級運算都需要 N/2 次復數乘和 N 次復數加 (沒個蝶形需要兩次復數加法 )，即 M 級運算總的 復數乘次數為 ???? = ??2 ??=??2lbN (317) 復數加法次數為 ???? = N??=NlbN 直接計算 DFT 與 FFT 算法的計算量之比為 ： 圖 34 直接計算 DFT 與 FFT 算法的計算量之比 [6] 結論： 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算流圖 如圖 35： 圖 35 頻率抽選法蝶形運算流圖 同理，將 N/2 個點分解成奇數組和偶數組，即將 N/2 點 DFT 分級為兩個 N/4 點 DFT，直至分解到22222NNNlog Nlog N ? 12 第 L(?? = 2??)級 。 同步數據： 根據同步數據定義 ，根據該系統(tǒng)所使用 FPGA設定的數據位寬進行 matlab 數據生成 ，如圖 39 14 圖 39 同步數據的導出 16QAM 調制解調 調制 QAM 與其他調制技術比較，能得到更高的頻譜效率，且具有抗噪聲能力強等優(yōu)點。t(0≤ t ≤ ????) (324) 式中兩個相互正交的載波分量中，每個載波被一組離散的振幅 *????+*????+所調制； ????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 座圖上每一個星座點對應發(fā)射信號集中的那一點，星座點越多，每個符號能傳輸的信號量就越大。 下面通過比較 16QAM 信號和 16PSK 信號的性能 ，以解釋 QAM 的性能體現 ： 在下圖中，按最大振幅相等，畫出這兩種信號的星座圖。 + 1 + 3i 18 4 + 3 + 3i 共有能量 72+80+8=160，這 16 個 星座點 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 個星座 =8，出現概率為 14，所以平均能量 =8*14=2，結果為 √2，其他類推 。再比如，在比較空時碼系統(tǒng)和單天線系統(tǒng)中，還是以進入時 空碼編碼前信號能量為基準，那么發(fā)送時的總能量一致，即時空碼系統(tǒng)中各天線發(fā)射功率總和應和單天線系統(tǒng)發(fā)射功率相同。 16PSK信號的平均功率（振幅）就等于其最大功率（振幅）。 實際解調過程中依據編碼選擇的方案不同，所選擇的解調方式也不大一樣 。 軟解調： 接收機處理基帶信息時， 當 選擇概率譯碼時，此時 進行軟解調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，對有代數結構的碼，盡量利用其代數結構，例如線性分組碼；對于卷積碼， turbo 碼等不能用代數結構表示的碼字，在利用概率譯碼時，要盡可能選用一些優(yōu)化算法，例如 viterbi算法 。 串行級聯卷積碼（ SCCC） 對于 PCCC 的平臺效應，該方案集合串行級聯碼和 PCCC 的 turbo 特點， 在適當的范圍信噪比范圍，通過迭代譯碼可以得到優(yōu)異的譯碼性能 混合級聯卷積碼（ HCCC） 結合了 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 的平臺效應，對應的 HCCC的實現比 PCCC和 SCCC 復雜。 各模塊的需求如下： 表 42 接收機主要模塊功能 說明 功能 具體功能 需求 /備注 FFT 模塊 使用流水 I/O，并行輸出數據， 進行傅里葉變換 ，將時域數據轉換成頻域數據 使用 IP 核 de_map 通過識別 接收 的符號標號來判斷如何 去除 導頻和同步 數據，存儲到 FIFO，滿足一定條件后從， FIFO輸出數據至下一個模塊 de_map輸入的數據有 1024個復數，去除同步導頻數據后，從符號塊06 解 映射 后 的數 據 依 次為500,600,600,600,500,600,526，為了防止數據的丟失， FIFO讀出數據使能位有效的條件需要 FIFO緩存一定的數據后再取出 de_QAM+反打孔 基于 de_QAM機制，將輸入的一個 32位寬的復數轉換成 4個 16位寬的實數，進行反打孔，截取符號位，整數位和 3位小數位，生成 3個 5位寬的數據，輸出至de_turbo進行解碼，實現解調 選擇 16QAM，因為制作簡介，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接口說明 23 接口 說明 位寬 in_clk_61_44 de_map 解碼模塊的有效時鐘輸入 1 in_valid 輸入數據有效使能位，高電平有效 1 rst_n 復位信號，低電平有效 1 in_n_sym 輸入塊符號 3 in_im de_map 輸入的虛部數據 16 in_re de_map 輸入的實部數據 16 out_n_sym 輸出塊符號 3 out2qam_im de_map 輸出的虛部數據 16 out2qam_re de_map 輸出的實部數據 16 out_valid 輸出數據有效使能位，高電平有效 1 功能說明： 模塊功能描述：該模塊實現去導頻同步資源粒數據的功能，將一幀數據中的 7 個符號塊資源粒，針對符號塊的不同， 進行不同的解映射數據處理 ，實現與 map 對逆的數據處理 代碼實現 module de_map( //in input in_clk_61_44, //時鐘 input rst_n, //復位信號 input [15:0] in_re, //輸入實部數據 input [15:0] in_im, //輸入虛部數據 input [2:0] in_n_sym, //輸入符號數 的標識 input in_valid, //輸入使能位 //out output [15:0] out2qam_re, //輸出至 QAM的實部數據 output [15:0] out2qam_im, //輸出至 QAM的虛部數據 output reg out_valid, //輸出使能位，高電平有效 output reg [2:0] out_n_sym //輸出符號數的標識