LTE-A系统中上下行物理层接收机设计与FPGA实现

发布时间：2017-03-17 21:04

  本文关键词：LTE-A系统中上下行物理层接收机设计与FPGA实现，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：由于LTE-A(Long Term Evolution-Advanced,高级长期演进)系统信道环境的时变性和不确定性,接收端需要对接收信号进行处理,以便最大程度地恢复出发送信号。在以上过程中,为了保证用户接收数据的正确性,物理层接收机的设计就显得尤为重要。本文从国家科技重大专项“TD-LTE-Advanced系统试验设备开发”的实际项目需求出发,以项目当中使用的基带开发平台为基础,对物理层接收机进行了设计和FPGA(Field Programmable Gate Array,现场可编程门阵列)实现,其中设计出的接收机支持上行单天线接收、下行双天线接收。本文首先介绍了物理层接收机的研究背景及意义,分析了国内外研究现状,然后概述了LTE-A系统特点及其关键技术,并简要介绍了上、下行共享信道处理流程和基带开发平台。在此基础上引出了接收机总体结构设计和模块划分,紧接着对涉及算法较少的射频模块和同步EMIFA(External Memory Interface A,外部存储器接口)模块进行了设计和详细介绍。通过对基带信号生成原理进行分析,确定了解基带信号模块的方案设计,然后对作为信道估计基础的参考信号生成进行了研究。在对信道估计进行研究时,不仅分析了导频位置信道估计的LS(Least Square,最小二乘)算法和LMMSE(Linear Minimum Mean Square Error,线性最小均方误差)算法,还研究了数据位置处信道估计的几种插值算法,并且使用MATLAB软件仿真对比了不同算法的性能。随后对信号检测的ZF(Zero Forcing,迫零)算法、MMSE(Minimum Mean Square Error,最小均方误差)算法、解SFBC(Space Frequency Block Code,空频块编码)算法进行了研究和仿真性能对比。针对信道估计和信号检测之间互信息利用率差的特点,本文还给出了一种联合信道估计和信号检测算法,仿真结果表明其性能优于先进行信道估计后进行信号检测的传统算法。通过综合考虑算法性能和计算复杂度,并结合项目需求,选取合适的算法对信道估计和信号检测模块进行了方案设计。根据各个模块方案设计,采用Verilog硬件描述语言对接收机进行FPGA实现,并对实现方案给出详细分析和Modelsim仿真验证,然后从资源占用和时间消耗角度出发分析接收机的性能,分析可知接收机设计满足项目需求。最后,通过与DSP(Digital Signal Processor,数字信号处理器)进行联合调试,验证了接收机实现功能的正确性。本文的设计已经应用于项目中,并对其他通信系统接收机设计具有一定参考意义。
【关键词】：LTE-A 物理层接收机 接收机设计 FPGA实现
【学位授予单位】：重庆邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN929.5;TN791
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-14
• 注释表14-17
• 第1章 引言17-22
• 1.1 研究背景及意义17-19
• 1.2 国内外研究现状19-20
• 1.3 论文主要工作20-21
• 1.4 论文组织结构21-22
• 第2章 LTE-A系统概述及开发平台22-37
• 2.1 LTE-A系统帧结构及时频资源22-25
• 2.1.1 LTE-A系统的帧结构22-23
• 2.1.2 LTE-A系统的时频资源23-25
• 2.2 LTE-A系统关键技术25-27
• 2.2.1 MIMO技术25-26
• 2.2.2 OFDM技术26-27
• 2.3 上行处理流程27-29
• 2.3.1 PUSCH发送端处理流程27-28
• 2.3.2 PUSCH接收端处理流程28-29
• 2.4 下行处理流程29-32
• 2.4.1 PDSCH发送端处理流程29-31
• 2.4.2 PDSCH接收端处理流程31-32
• 2.5 基带开发平台32-36
• 2.5.1 平台总体设计及性能指标32-34
• 2.5.2 射频板介绍34-35
• 2.5.3 芯片选型35-36
• 2.5.4 FPGA开发环境36
• 2.6 本章小结36-37
• 第3章 接收机总体结构介绍及部分模块设计37-49
• 3.1 接收机总体结构介绍37-38
• 3.2 射频模块设计38-41
• 3.3 解基带信号设计41-45
• 3.3.1 上行解基带信号42-43
• 3.3.2 下行解基带信号43-45
• 3.4 同步EMIFA模块设计45-48
• 3.5 本章小结48-49
• 第4章 信道估计和信号检测模块设计49-75
• 4.1 导频信号研究49-52
• 4.1.1 上行参考信号介绍49-51
• 4.1.2 下行参考信号介绍51-52
• 4.2 信道估计算法研究52-60
• 4.2.1 导频位置处的信道估计算法研究53-55
• 4.2.2 导频位置处信道估计算法性能仿真及复杂度分析55-57
• 4.2.3 插值算法研究57-59
• 4.2.4 性能仿真及分析59-60
• 4.2.5 上行和下行信道估计的异同60
• 4.3 信号检测算法研究60-64
• 4.3.1 ZF算法60-61
• 4.3.2 MMSE算法61
• 4.3.3 解SFBC检测算法61-63
• 4.3.4 信号检测算法性能分析63-64
• 4.4 联合信道估计与信号检测算法研究64-68
• 4.4.1 联合信道估计与信号检测理论分析65-66
• 4.4.2 联合信道估计与信号检测算法性能分析66-68
• 4.5 信道估计算法设计68-71
• 4.5.1 导频处信道估计的FPGA设计68-69
• 4.5.2 插值算法的FPGA的设计69-71
• 4.6 信号检测算法设计71-74
• 4.6.1 上行单天线信号检测算法设计71-72
• 4.6.2 下行双天线信号检测算法设计72-74
• 4.7 本章小结74-75
• 第5章 接收机各模块实现与性能分析75-101
• 5.1 射频模块实现75-80
• 5.2 解基带信号模块实现80-84
• 5.3 信道估计模块实现84-89
• 5.3.1 导频位置信道估计的FPGA实现84-86
• 5.3.2 插值算法的FPGA实现86-89
• 5.4 信号检测模块实现89-91
• 5.5 同步EMIFA模块实现91-92
• 5.6 时间与性能分析92-96
• 5.6.1 资源占用情况分析92-93
• 5.6.2 时间占用情况分析93-96
• 5.7 接收机实现平台验证分析96-100
• 5.7.1 上行接收机实现验证分析96-98
• 5.7.2 下行接收机实现验证分析98-100
• 5.8 本章小结100-101
• 第6章 总结与展望101-103
• 6.1 论文工作总结101-102
• 6.2 未来工作展望102-103
• 参考文献103-107
• 致谢107-108
• 攻硕期间从事的科研工作及取得的研究成果108

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前8条

1 陈发堂;卢军;王华华;;EMIFA接口在基带系统中的应用设计[J];广东通信技术;2015年12期

2 李小文;赵北平;王华华;陶敏;董晓朋;;OFDM系统中一种新的联合信道估计和信号检测算法[J];光通信研究;2015年06期

3 李爽;曾庆军;;无线通讯技术与视频传输[J];广播与电视技术;2015年01期

4 张德民;董晓朋;张爱平;王华华;;FPGA与DSP的双向数据通信在LTE中的应用研究[J];电子技术应用;2014年10期

5 张兵;黄威刚;;我国无线宽带通信的现状与发展分析[J];电子世界;2014年07期

6 文汝红;;基于DFT的信道估计插值算法改进[J];宜春学院学报;2012年04期

7 ;Frequency synchronization for TD-LTE-A downlink receiver[J];The Journal of China Universities of Posts and Telecommunications;2012年01期

8 韩冰,王建明,高西奇,尤肖虎;OFDM系统的迭代联合信道估计与符号检测算法[J];通信学报;2003年08期

  本文关键词：LTE-A系统中上下行物理层接收机设计与FPGA实现，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：253434