【正文】 域天線技術(shù)的重大突破， 如 表 24所示， 任何一個無線通信系統(tǒng)，只要其發(fā)射端和接收端均采用 多個天線或天線陣列，就可構(gòu)成一個無線 MIMO 系統(tǒng) 。 如圖26 所示。 圖 25 多徑情況下，空閑保護間隔在子載波間造成的干擾 通過在每個符號 起始 位置增加保護間隔可進一步抵制 ISI，還可減少在接收端定時偏移錯誤，這種保護間隔是一種循環(huán)復(fù)制，增加符號的波形長度，在 符號 的 數(shù)據(jù)部分，每一個子載波內(nèi)有一個整數(shù)倍的循環(huán)， 符號 的復(fù)制產(chǎn)生 了 一個循環(huán)信號 循環(huán)前綴 (CP) [4]，即將每個 OFDM 符號的后 ????時間中的樣點復(fù)制到 OFDM 符號前面，形成前綴，在交接點沒有任何間隔。 如圖 25 所示，每個 OFDM 符號 中都包含 所有的非零子載波信號，而且也可同時出現(xiàn)該 OFDM符號的 時延 信號 ，即第一子載波和第二子載波的 時延 信號 。為了最大限度的消除符號間干擾 (inter symbol interference。 ZadoffChu(ZC)根序列 μ根據(jù)下表： 表 23 主同步信號跟索引 μ 物理層小區(qū)表示組內(nèi)的物理表示 根 序列序號 ?? 0 25 1 29 2 34 循環(huán)前綴 (CP)： 應(yīng)用 OFDM 的一個 主要 原因在于該系統(tǒng)可以有效對抗多徑時延 。 主同步信號序列 d(n)是根據(jù)下面的頻域 ZadoffChu(ZC)序列生成的。 表 22 參考信號參量說明 標識 說明 ?????? OFDM 符號長度 (含 CP)選擇正常 CP： ?????? = 1 ???? ????為一個無線幀中包含的時隙編號，取值范圍為 0~19, ?? ??表示一個時隙中包含的 OFDM 符號編號，取值范圍為 0~6； ??????max， DL ??????max， DL表示下行 RB的最大數(shù)量 m m= 0,1， …， 2??????max， DL ?1表示一個導(dǎo)頻序列在頻域的序列號 ??(??) ??(??)為偽隨機序列 ?????????????? 物理層小區(qū)標識，這里默認為 0(選擇標準：當基站較少時，可以自定義選取 ) ??????(1) ??????(1)代表物理層小區(qū)標識，取值范圍 0~167 ??????(2) ??????(2)代表物理層小區(qū)標識組內(nèi)的物理層標識，取值范圍 0~2 RB 時域為 ??symbDL 個連續(xù)的 OFDM 符號，頻域為 ??sc????個連續(xù)子載波，因此由??symbDL *??sc????個 RE 組成，該方案選擇 10M 帶寬，所以 ????=50 ??symbDL ??symbDL 為 OFDM 下行符號標識，該方案選擇 FDD_LTE，所以 ??symbDL =7 ??RBDL ??RBDL為下行資源塊標識， ??RBDL的數(shù)量由該小區(qū)下行傳輸帶寬決定，應(yīng)滿足：6=??RBDL=110,該方案選擇 10M 帶寬，所以 ??RBDL=50 同步數(shù)據(jù)： LTE 系統(tǒng)沒有使用固定的公共主同步信號，而是 采用 了 3 個可用的主同步信號，分別和小區(qū) ??????(2)對應(yīng)。 輸入導(dǎo)頻： 根據(jù) LTE 的幀結(jié)構(gòu)，在不同的符號塊 分別 插入導(dǎo)頻 和 同步數(shù)據(jù) ，這些參考信號主要用來 在接收機信道估計，幫助解調(diào)信道信息 。 系統(tǒng)架構(gòu) 輸 入 數(shù) 據(jù) 編 碼 交 織 數(shù) 字 調(diào) 制 映 射 串 并 變 換 I F F T 并 串 變 換 C P / 加 窗數(shù) 據(jù) 接 收 譯 碼 解 交 織 數(shù) 字 解 調(diào) 解 映 射 并 串 變 換 F F T 串 并 變 換 去 C P射 頻 T X同 步射 頻 R X 圖 25 OFDM 收發(fā)機框圖 如圖 25 所示，發(fā)送端將傳輸?shù)臄?shù)字信號轉(zhuǎn)換成子載波的幅度和相位的映射，并進行 IFFT將數(shù)據(jù)的頻譜表達式變成時域上。各個子信道頻譜之間并不存在相互干擾，因此可以說 OFDM 的符號頻譜 也是 滿足 奈奎斯特準則。 如圖 24 所示為相互覆蓋的各個子信道內(nèi)經(jīng)過矩形波形成型得到的符號 的 sinc 函數(shù)頻譜。對于其他子載波，由于積分間隔內(nèi)頻率差 ??????? 產(chǎn)生整數(shù)倍個周期，故積分為 0； 以上討論的是時域上 OFDM系統(tǒng)子載波的正交性， 對于 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 OFDM符號在周期 T內(nèi)都包含多個非零的子載波，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子載波頻譜上的 δ函數(shù)的卷積。假設(shè) N 表示子載波 的 個數(shù)， T 表示 OFDM符號的 周期 ， ????(i=0、 … 、 N1)為 分配給每個子載波的數(shù)據(jù)符號， ????為第 0 號子載波的載波頻率，矩形函數(shù) rect(t)=1,|??| ≤ T/2,則從 t=????開始的一個 OFDM符號表示 如 (21)： s(t)={????2∑ ????????????.?? ????? ???2/??????0??2??.???? +????/(?? ?????)1???1??=0 3 ???? ≤ t ≤ ????+ ??0 其他 (21) 通常采用復(fù)等效基帶信號來描述 OFDM的輸出信號， 如 (22) 2 s(t)={∑ ????????????.?? ????? ???2/??????0??2?????? (???????)1 ???? ≤ t ≤ ???? +?????1??=00 其他 (22) 其中實部和虛部分別對應(yīng) OFDM 符號的同相分量 (Inphase,I)和正交分量 (Quadraturephase,Q),在實際系統(tǒng)中 把 它們分別與子載波 cos 和 sin 分量相乘，構(gòu)成最終的子載波信號合成的 OFDM信號 ,如 圖 22 所示 。特點是各子載波相互正交，所以擴頻調(diào)制后的頻譜相互重疊， 不進 減小了子載波間的相互干擾，還大大提高了頻譜利用率 。多載波傳輸把數(shù)據(jù)流分解成若干子比特流， 將這些低比特速率的數(shù)據(jù)流 調(diào)制相應(yīng)的子載波，就構(gòu)成了 多個低速率符號并行發(fā)送的傳輸系統(tǒng)。 相比 OFDM， 各個用戶所占的頻帶之間不但沒有保護帶寬，還有重疊，所以所占的帶寬比 FDM要窄。 OFDM將 高速的數(shù)據(jù)流通過串并變換分配到 低 速率 的若干 頻率子信道中傳輸，不同的是 OFDM技術(shù)更好地提高了 頻譜利用率。 2 LTE技術(shù) LTE(Long Term Evolution)作為未來移動通信的標準，采用 OFDMMIMO 技術(shù)，速率可以達到50100Mbit/s,上行速率也可以達到 3050Mbit/s。而 該系統(tǒng)可以容納龐大的 用戶數(shù)量 ，改善現(xiàn)有的通信質(zhì)量，達到高速數(shù)據(jù)從傳輸?shù)囊蟆?目前，已經(jīng)把更多的方向投向超 3G(Beyond 3G)的移動通信系統(tǒng)。但隨著人們對通信業(yè)務(wù)范圍和業(yè)務(wù)速率要求的不待提高，第三代 (3G)移動通信系統(tǒng)應(yīng)運而生。從此碼分多址這種新的無線接入技術(shù)在移動通信領(lǐng)域占據(jù)了越來越重要的地位 。 20 世紀 80 年代中期，歐洲首先推出了全球移動通信系統(tǒng) (GSM， Global System for Mobile).隨后美國和日本也相繼制定了各自的數(shù)字移動通信體制。 【關(guān)鍵詞】 LTE 長期演進 ； 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實現(xiàn)方式 ................................................................. 6 LTE物理層主要性能指標 ........................................................ 6 3 系統(tǒng)概述 ......................................................................... 8 系統(tǒng)框圖 ..................................................................... 9 模塊解析 ..................................................................... 9 開發(fā)、測試與硬件環(huán)境 ........................................................ 18 4 軟件設(shè)計 ........................................................................ 19 .................................................................... 19 .................................................................... 20 5 系統(tǒng)調(diào)試 ........................................................................ 26 Matlab仿真 ................................................................. 26 硬件測試 (Chipsope抓包數(shù)據(jù)處理 ) .............................................. 29 6 結(jié)束語 ...................................................................................................................................... 35 7 致謝 ......................................................................................................................................... 35 8 參考文獻 .................................................................................................................................. 35 1 1 引言 從 20 世紀 80年代中期開始，數(shù)字移動通信系統(tǒng)進入發(fā)展和成熟時期。 本科畢業(yè)設(shè)計 題目 ： 基于 LTE 接收機無線通信基帶的 FPGA 實現(xiàn) 學(xué) 院： 物理與光電信息科技學(xué)院 專 業(yè)： 電子信息工程 年 級： 2021 級 學(xué) 號： 106032021113 姓 名： 張藝祥 指導(dǎo)教師： 吳進營 2021 年 3 月 20 號 基于 LTE 接收機無線通信基帶的 FPGA 實現(xiàn) 物理與光電信息科技學(xué)院 電子信息工程專業(yè) 106032021113 黃波 指導(dǎo)教師 吳進營 【摘要】 隨 著移 動 通 信在全 球范 圍 的迅 速 發(fā) 展， 從第 二代 GSM到 第三代 3G技 術(shù) 的 不斷推 進 ，在 滿 足了 語 音， 電 子 郵 件， 圖 片， 音 樂 的移 動 通信服 務(wù) 的同 時 ， 對 于 大量數(shù) 據(jù)信息 的 傳輸 接收 ， 例 如 視頻 的無 線 移 動傳 輸 等多 媒體 技 術(shù) ，成 為 了 未來 用 戶 所 希望 通 過 移 動終 端隨 時 隨地進 行通 信的 選擇 。 LTE 作 為 3