TD-LTE系统中上行信道估计与均衡在FPGA上的设计与实现

发布时间：2020-08-22 00:25

【摘要】：随着3GPP长期演进(Long Term Evolution,LTE)技术的迅速发展以及无线通信技术的不断进步,作为LTE上行链路中较为关键的一部分,信道估计与均衡模块的重要性不言而喻。无线通信系统的性能主要由无线信道所决定,信道中产生的衰落会极大地影响到发送机到接收机之间信息传播的准确性。为了在接收端能够准确恢复发送信号,我们通过信道估计与均衡模块来降低传输中的误码率。本文以“基于FPGA开发TD-LTE基站处理系统”的项目为基础,主要对TD-LTE上行信道的信道估计与均衡模块进行了基于FPGA的设计与实现。本文首先从理论出发,对LTE系统和FPGA的技术特点进行了介绍,对无线信道的物理特性进行了阐述,分析了信道衰落的种类与原因。并且重点介绍了LTE物理层的各个方面,比如OFDM技术、SC-FDMA技术、帧结构以及资源网格等。同时对信道估计与均衡的算法进行了matlab仿真比较分析,根据需求选择了优化的MMSE算法作为实现信道估计与均衡的最终方案。随后本文从设计与实现的角度出发,对系统中包含的LTE上行链路的各个模块进行了结构设计与具体实现,并且对模块之间的接口功能做了详尽地解读。本文采用Xilinx公司的Virtex-6芯片搭建仿真硬件平台,利用信道中的导频信号来完成对信道估计与均衡模块的实现,使用VHDL硬件逻辑语言进行建模,再通过ISE完成综合实现。同时针对FPGA硬件资源相对紧缺的问题,本文结合FPGA硬件实现上的特点进一步地改进优化系统的实现方法,比如复乘器的改进、查表插值法计算、移位长除法计算等操作,这些优化设计不仅提升了系统的处理速度、简化了系统的实现结构,而且节省了FPGA宝贵的片上硬件资源。最后,本文通过使用matlab和modelsim对LTE上行链路系统中设计实现的各个模块进行功能仿真与性能测试,并且利用chipscope进行板级测试,抓取板级信号与仿真结果进行比对分析。分析结果显示,整个信道估计与均衡系统的功能运转正常,不仅可以准确地恢复出发送的原始信号,而且降低了硬件实现的复杂度和功耗。
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN929.5;TN791
【图文】：

分类图,信号衰落,分类图

TD-LTE 系统中上行信道估计与均衡在 FPGA 上的设计与实现形成阴影区，引起信号场强发生的缓慢变化，引起衰落。我们把这种现象称为阴影效应由此产生的衰落又称为阴影衰落[31]。它反映了中等范围内数百波长量级接收电平的均变化而产生的损耗。

框图,上行链路

LTE 系统相比之前的移动通信系统，LTE 采用多项更为优化的关键技术，一是基于 OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)的正交频分复用技术，其主要方法是将高速数据流拆解为多个低速的数据流，通过调制的方法使得到的子载波正交后进行传送。OFDM 技术能很好地抵抗信道衰落的影响，并且明显地提高了频谱利用率;二是运用了 MIMO 技术，充分发挥了空间资源的作用，提高了系统的容量和频谱效率;三是使用了链路自适应技术，无论是在调制、编码、混合重传和信道调度上，性能都有所提升，提高了系统整体的可靠性和效率。2.2.1 LTE 上行链路LTE 上行链路的基本框图如图 2.4 所示。由框图我们可以看出，接收过程是发射过程的逆过程，只是在接收端为了完整地恢复出发射端的发送信号，增加了信道估计与均衡这两个步骤，这也是本文重点要实现的功能。CRC编码Turbo编码信道交织加扰调制资源映射 IFFT 加CP无线信道

示意图,资源网,示意图,时隙

兰州交通大学硕士学位论文7 所示，该上行资源网格代表了一个上行时隙。每个时隙中传输个子载波和ULsymbN 个 SC-FDMA 符号。送带宽的大小决定了ULRBN的值，并满足公式：min,U L UL max,ULRB RB RBN N Nmin,ULRBN =6，max,ULRBN =110，分别代表上行链路传输支持的最小和最

【参考文献】