【正文】 指令語句優(yōu)化 33 解擾模塊程序優(yōu)化 35 擾碼函數(shù)異或指令優(yōu)化 36 解擾判斷 SSE 指令優(yōu)化 41 工作總結(jié)及心得體會 41 心得體會 42 北京郵電大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 1 第一章 引言 選題的背景 LTE 項(xiàng)目 背景 簡介 社會在發(fā)展，人類在進(jìn)步。 隨著移動通信的蓬勃發(fā)展 , 全球無線通信呈現(xiàn)出移動化、寬帶化和 IP 化的趨勢 , 移動通信行業(yè)競爭日趨激烈。 這項(xiàng)受人矚目的技術(shù)和第 3 代合作伙伴 2（ 3GPP2）的超移動帶寬技術(shù)被統(tǒng)稱為“演進(jìn)型 3G”（ E3G）。它和 UMB， WiMAX，電氣和電子工程學(xué)會的 移動帶寬頻分雙工 /移動帶寬時分雙工等技術(shù)，由于已經(jīng)具有某些第 4 代通信技術(shù)的特征，甚至可以看作“準(zhǔn) 4G”技術(shù)。 3GPP 啟動 LTE 項(xiàng)目的表面原因是應(yīng)對 WiMAX 標(biāo)準(zhǔn)的市場競爭，但其深層次原因是移動通信與寬帶無線接入（ BWA）技術(shù) 的結(jié)合。由于寬帶無線接入和寬帶移動通信從不同方向向同一市場滲透，使兩種技術(shù)的界線變得越來越模糊，呈現(xiàn)融合的趨勢。 為了能和可以支持 20MHz 帶寬的 WiMAX 技術(shù)相抗衡， LTE 也必須將最大的系統(tǒng)帶寬從 5MHz擴(kuò)展到 20MHz。在無線接入網(wǎng)（ RAN）結(jié)構(gòu)層面，為了降低用戶面延遲， LTE 取消了重要的網(wǎng)元（ RNC）。以 LTE/SAE 項(xiàng)目則推出了嶄新的演進(jìn)型分組系統(tǒng)架構(gòu)。也就是說， LTE 系統(tǒng)雖然可以部署于 3G的現(xiàn)有頻譜，但從網(wǎng)絡(luò)側(cè)和終端側(cè)都要做大規(guī)模的更新?lián)Q代。 LTE(Long Term Evolution,長期演進(jìn) )項(xiàng)目是 3G的演進(jìn)， LTE并非人們普遍誤解的 4G北京郵電大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 2 技術(shù)，而是 3G 與 4G 技術(shù)之間的一個過渡，是 的全球標(biāo)準(zhǔn) ,它改進(jìn)并增強(qiáng)了 3G的空中接入技術(shù)，采用 OFDM 和 MIMO 作為其無線網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的唯一標(biāo)準(zhǔn)。改善了小區(qū)邊緣用戶的性能，提高小區(qū)容量和降低系統(tǒng)延遲。在 20xx 年中期完成 LTE 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定 (3GPPR7)，在20xx 年或 20xx 年推出商用產(chǎn)品。 但經(jīng)過 3GPP 組織的努力， LTE 系統(tǒng)取得的成績也是令人矚目而可喜的。與傳統(tǒng)的 3GPP 接入網(wǎng)相比， LTE 減少了 RNC節(jié)點(diǎn)。 3GPP 初步確定 LTE 的架構(gòu)也叫演進(jìn)型 UTRAN 結(jié)構(gòu) (EUTRAN)。 aGW 是一個邊界節(jié)點(diǎn)，若將其視為核心網(wǎng)的一部分，則接入網(wǎng)主要由 eNB 一層構(gòu)成。 Node B 和 Node B 之間將采用網(wǎng)格 (Mesh)方式直接互連，這也是對原有 UTRAN 結(jié)構(gòu)的重大修改 。因此， LTE 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要考慮如下幾個總體目標(biāo) [2]： （ 1） 降低每比特成本； （ 2） 擴(kuò)展業(yè)務(wù)的提供能力，以更低的成本、更佳的用戶體驗(yàn)提供更多的服務(wù)； （ 3） 靈活使用現(xiàn)有的和新的頻段； （ 4） 簡化架構(gòu)，開放接 口 ； （ 5） 合理的終端功耗。 在 中，定義了對 LTE 系統(tǒng)的需求指標(biāo) ，主要幾點(diǎn)如下： （ 1） 峰值數(shù)據(jù)速率：峰值數(shù)據(jù)率 20MHz系統(tǒng)帶寬下，下行瞬間峰值速率 100Mbit/s（頻譜效率 5bit/Hz），上行瞬間峰值速率 50Mbit/s（頻譜效率 ） ； （ 2） 頻譜效率：在 真實(shí)負(fù)載 的 網(wǎng)絡(luò)中，下行頻譜效率為 R6 HSDPA 的 3~4 倍；上行頻譜效率為 R6 HSUPA 的 2~3 倍； （ 3） 控制面延遲：從駐留狀態(tài)轉(zhuǎn)換到激活狀態(tài)的時延小于 100ms； （ 4） 控制面容量：每個小區(qū)在 5MHz帶寬下最少支持 200 個有效用戶； （ 5） 用戶面延遲：零負(fù)載（單用戶、單數(shù)據(jù)流）、小 IP 分組條件下單向時延小于5ms； （ 6） 用戶吞吐量： 下行每兆赫茲平均用戶吞吐量為 R6 HSDPA 的 3~4 倍；上行 每兆赫茲平均 用戶吞吐量 為 R6 HSUPA 的 2~3 倍 ； （ 7） 移動性：為 0~15km/h 低速移動優(yōu)化， 15~120km/h 高速移動下實(shí)現(xiàn)高性能，在 120~350km/h（在某些頻段甚至 應(yīng) 支持 500km/h）下能夠保持 蜂窩網(wǎng)絡(luò)的移動性 ； （ 8）覆蓋： 吞吐率、頻譜效率和移動性指標(biāo)在半徑 5km 以下的小區(qū)中應(yīng)全面滿足，在半徑 30km的小區(qū)中性能可有小幅 下降，不應(yīng)排除半徑達(dá)到 100km的小區(qū) ； （ 9）頻譜靈活性： 支持不同大小的頻譜尺寸，從 ~20MHz；支持成對和非成對頻譜中的部署；支持基于資源整合 （ Resource Aggregation） 的內(nèi)容提供，包括一個頻段內(nèi)部、不同頻段之間、上下行之間、相鄰和不相鄰頻帶之間的整合 。從歷史規(guī)律來看，從標(biāo)準(zhǔn)成熟到規(guī)模商用，一般要 3～ 4 年時間， 20xx 年 3 月 LTE 標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)并批準(zhǔn)，因此可以預(yù)計(jì)在 20xx20xx 年以后 LTE 才具備規(guī)模商用的條件?？紤]到運(yùn)營商投資和回報的平衡，無線接入網(wǎng)將會是 EUTRAN 和 GERAN/UTRAN 并存的場景， GERAN/UTRAN 仍然保持二級架構(gòu)， EUTRAN 采用扁平化架構(gòu)，隨著多模基站的推出， LTE的 eNodeB可以和 NodeB，BTS 采用共站址的方式。這其中 LTE 擁有最多的支持者， WiMAX 次之。 CDMA 近年來日漸失勢，阿爾卡特北京郵電大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 4 朗訊 就曾 沖減了 大筆 與 CDMA 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)的資產(chǎn)，并 和日本 NEC 建立研發(fā) LTE 的合資公司。 LTE 項(xiàng)目啟動以來， 標(biāo)準(zhǔn)制定工作進(jìn)展很快。一方面是由于無線新技術(shù)的逐步完善已基本可以實(shí)用化，更主要的是由于現(xiàn)有的包括 3G 在內(nèi)的移動通信網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)逐漸不能滿足用戶的需求。 在核心網(wǎng)側(cè)， 20xx 年底已具備滿足商用網(wǎng)絡(luò)基本要求的核心網(wǎng)設(shè)備，并在第一個 FDDLTE 商用網(wǎng)絡(luò)中成功應(yīng)用 [3]。 目前，全球多家主要電信運(yùn)營商公布了自己的 LTE 部署計(jì)劃，包括 英國沃達(dá)豐、日本 NTT DoCoMo、美國 ATamp。作為日本最大的運(yùn)營商 NTTDoComo 也加緊“ Super 3G”網(wǎng)絡(luò)商用部署推進(jìn) LTE 進(jìn)程，并公布了 3G 過渡到 LTE 的路線圖， 20xx 年初完成了對LTE 技術(shù)的開 發(fā)。中國移動 的加入，更加 大力推動 LTE 技術(shù)的發(fā)展， 沃達(dá)豐 CEO 阿倫 根據(jù)全球移動設(shè)備供應(yīng)商協(xié)會（ Globalmobile Suppliers Association， GSA） 20xx 年6 月 7 日發(fā)布的《 Evolution to LTE report》報告顯示，至 20xx 年 6 月，已有 33 個國家和地區(qū)的 80 個運(yùn)營商承諾部署 LTE 網(wǎng)絡(luò)。這些數(shù)據(jù)一方面說明全球移動通信領(lǐng)域的競爭已經(jīng)開始向下一代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)轉(zhuǎn)移，另一方面也說明全球 LTE 發(fā)展進(jìn)程正在加速，越來越多的運(yùn)營商開始關(guān)注與布局移動通信網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)演進(jìn)。 我國從 20xx 年開始推動 LTE的 TDD方案即 LTE TDD2 方式的研究并被 3GPP 接受，之后由我國大力推動并通過多方努力， 兩種 TDD 方式已經(jīng)融合為一種即 TDLTE。 LTEAdvanced（ LTEA）是 LTE 的演進(jìn)版本，其目的是為滿足未來幾年內(nèi)無線通信市場的更高需求和更多應(yīng)用，滿足和超過 IMTAdvanced 的需求，同時還保持對 LTE 較好的后向兼容性。隨著越來越多的 關(guān)注， LTE 技術(shù)的更多深層次提高和發(fā)展也會不斷出現(xiàn)，不斷前進(jìn)。 研究的主要對象是 解調(diào)和解擾兩個模塊的設(shè)計(jì)及功能 ， 具體 內(nèi)容為 模塊的分析、設(shè)計(jì)，及編程實(shí)現(xiàn)其功能 并優(yōu)化性能 。 第一章主要介紹 LTE 系統(tǒng)及其技術(shù)發(fā)展概況 ， 選 題 的 主要內(nèi)容及研究思路。從 解調(diào)和解擾模塊各自的功能、在系統(tǒng)中的位置和意義，以及這兩個模塊的算法等 方面介紹 課題研究的實(shí)際意義 與具體內(nèi)容 。用流程圖 及代碼段 說明設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的思路 ，并進(jìn)行功能測試。 第五章對論文工作進(jìn)行總結(jié)， 提出不足 和 收獲，以及以后在選題相關(guān) 方面 需要的進(jìn)一步的優(yōu)化提高等一些展望。 3GPP 經(jīng)過激烈的討論 , 決定 LTE 采用下行正交頻分多址 ( OFDMA) , 上行單載波頻分多址 ( SC FDMA) 的方式。 LTE 系統(tǒng)定義了 3 種上行物理信道 : 物理隨機(jī)接入信道 （ PRACH） 、物理上行共享信道 （ PUSCH） 、物理上行控制信道 （ PUCCH） 。 PUSCH 用于傳輸業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，多 UE 共享，通過媒體接入控制 (MAC)調(diào)度器來進(jìn)行調(diào)度。 在協(xié)議 中，主要介紹以下幾個模塊： （ 1）傳輸塊 CRC：輸入 24 位 CRC 校驗(yàn)碼，生成多項(xiàng)式 CRC24A； （ 2） CRC 編碼塊分割 ： 再加一次 24 位 CRC 校驗(yàn)碼，生成多項(xiàng)式 CRC24B， 若第一次 CRC 碼塊長度 6144； （ 3） 信道編碼： Turbo 編碼， 1/3 碼率， QPP(Quadrature Permutation Polynomial)交織器 ； （ 4） 速率匹配： 包括以 Turbo 塊為單位的頻域交織及根據(jù) HARQ 的冗余版本對數(shù)據(jù)進(jìn)行打孔或重復(fù) ； （ 5） 加入控制信息： 包括控制信息的信道編碼（ 1/3 卷積碼、線性分組碼）。 而協(xié)議 則介紹物理信道、調(diào)制方式、幀結(jié)構(gòu)等，相關(guān)部分模塊見圖 21. 圖 21 PUSCH信道 處理 流程圖 （ 1） 比特級交織 ： 將上行控制信息按規(guī)定得位置映射到數(shù)據(jù)序列內(nèi)后，進(jìn)行行進(jìn)列出交織，將一個傳輸塊相鄰載波映射到不同的 OFDM 符號內(nèi) ； 信道交織 比特級加擾 擾碼序列 調(diào)制 SCFDMA 信號產(chǎn)生 傳輸預(yù)編碼 DFT RE 映射 北京郵電大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 7 （ 2） 比特級加擾 ： 擾碼為寄存器長度＝ 31 的 Golden 序列 ,初始狀態(tài)與小區(qū)的 cellIDN ,用戶的 RNTIn 及時隙號有關(guān) ； （ 3） 調(diào)制 ： 采用 QPSK, 16QAM、 64QAM； （ 4） DFT 變換：上行單載波傳輸； （ 5） 資源塊 的映射： 包括數(shù)據(jù)的子載波 映 射，并對導(dǎo)頻信號做相同的子載波映射，導(dǎo)頻與數(shù)據(jù)滿足時分的關(guān)系； 而 PUSCH 的解調(diào)譯碼流程則經(jīng)過解調(diào)、解擾、解碼塊級聯(lián)、解速率匹配、 HARQ合并、 Turbo 譯碼、解碼塊分割、解傳輸塊 CRC 等處理 [5]。在設(shè)計(jì)原理上都是一樣的，應(yīng)用上各具特點(diǎn)，所以結(jié)構(gòu)功能有所不同。指令集的設(shè)計(jì)多考慮信號處理。 而 應(yīng)用在嵌入式平臺， 如 MCU（微控制器），它的 外圍 接口是集成在一起的。 通用處理器屬于復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)（ CISC）體系結(jié)構(gòu)，如 Intel的 Pentium 和 AMD的 Athlon 處理器。其中 ARM 處理器占了很大一部分市場份額，主要包括如下幾個系列： ARM ARM ARM ARM1XScale。其中， RISC 充分發(fā)掘并運(yùn)用了 80/20 法則（ CISC 指令集中只有大約 20%的指令被反復(fù)使用），要求指令規(guī)整、對稱和簡單，在并行處理性能上明顯優(yōu)于 CISC，可以使處理器流水線高效地執(zhí)行，使編譯器更易于生成優(yōu)化代碼。每個功能的實(shí)現(xiàn)都需要結(jié)合整個上行鏈路，重點(diǎn)考慮各個子模塊