基于FPGA的波束赋形原理与实现

发布时间：2024-07-10 19:12

　　近年来,移动通信技术发展迅猛,第五代通信系统已经出现在人们的视野当中。而波束赋形技术因其具有能够扩大覆盖范围,有效的对抗信道衰落,增加信道容量等优点,成为5G系统的核心技术之一。因此,对于波束赋形技术的研究与实现具有很重要的现实意义。本文通过对3GPP 5G空口物理层协议基本原理的研究,设计了一种基于FPGA的波束赋形系统,完成对下行符号数据的加权。本文主要包括以下工作内容。首先,根据5G物理层协议,描述了 5G系统的帧结构、物理资源等的基本原理,深入研究了物理下行链路共享信道、物理下行链路控制信道、物理广播信道、信道状态信息参考信号、主同步信号和辅同步信号等下行信号与信道的工作原理,为本波束赋形系统设计提供理论依据。然后,根据协议内容提出了本系统的总体设计方案。本设计依托有源天线单元硬件平台,采用Xilinx公司的大规模xcVU9PFPGA芯片。采用自顶向下的设计方法对本系统进行了模块划分。运用Verilog硬件编程语言,根据各个模块的帧结构格式完成了逻辑电路程序编写。本设计利用Questasim软件为仿真工具,用Vivado软件作为编译和逻辑分析工具。最后,对本系统功能进行了验证及...

【文章页数】：89 页

【学位级别】：硕士

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致谢
摘要
ABSTRACT
1 引言
    1.1 研究背景
        1.1.1 移动通信系统的发展历程
        1.1.2 FPGA器件在无线通信中的应用
        1.1.3 第五代移动通信关键技术
    1.2 波束赋形技术
        1.2.1 波束赋形技术概述
        1.2.2 波束赋形技术国内外研究现状
    1.3 论文研究内容及组织结构
2 第五代移动通信系统物理层协议
    2.1 第五代移动通信系统结构
        2.1.1 参数集
        2.1.2 帧结构
        2.1.3 物理资源
    2.2 物理信道详述
        2.2.1 物理下行共享信道
        2.2.2 物理下行控制信道
    2.3 物理信号详述
        2.3.1 参考信号
        2.3.2 同步信号
    2.4 同步信号与物理广播信道块
        2.4.1 参数计算
        2.4.2 资源映射
    2.5 本章小结
3 波束赋形系统总体设计
    3.1 系统功能分析
    3.2 系统总体结构
        3.2.1 有源天线单元系统构架
        3.2.2 波束赋形模块总体构架
    3.3 环境搭建
        3.3.1 FPGA平台选型
        3.3.2 Vivado开发环境
        3.3.3 Questasim仿真环境
    3.4 本章小结
4 波束赋形系统FPGA实现
    4.1 顶层模块
    4.2 数据解析模块
        4.2.1 标准通用公共无线电接口传输格式概述
        4.2.2 模块实现
    4.3 下行符号数据模块
        4.3.1 乒乓存储
        4.3.2 模块实现
    4.4 信道状态信息参考信号模块
    4.5 物理下行链路共享信道因子模块
    4.6 物理下行链路控制信道因子模块
    4.7 同步信号与物理广播信道模块
    4.8 矩阵乘模块
    4.9 本章小结
5 系统测试及结果分析
    5.1 测试平台搭建
    5.2 系统性能测试
    5.3 系统运行结果测试
    5.4 本章小结
6 结论
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果
学位论文数据集



本文编号：4004596