基于C-RAN架构的PRACH接收端的研究与FPGA实现

发布时间：2017-08-05 18:03

  本文关键词：基于C-RAN架构的PRACH接收端的研究与FPGA实现

  更多相关文章： C-RAN 物理层随机接入信道 降采样滤波 现场可编程门阵列

【摘要】：高投入、高能耗、低利用率的无线接入网已经受到了巨大的挑战,移动运营商必须找到低成本的方法为用户提供无线业务。集中式,协作式,实时云式的绿色无线接入网(C-RAN)能有效减少开支,提高用户的容量,满足未来无线接入网的需求,是未来无线接入网发展的方向。随机接入作为用户网络接入的首要步骤,对C-RAN架构的有效实施起着关键的作用。本论文首先研究了C-RAN的总体架构,包括C-RAN架构下的数字前端的总体方案。数字前端系统包含了PRACH信道接收端的处理,并且要求链路的时钟频率为250MHz,单天线的吞吐率为8Gbps,延时小于1ms,支持5MHz、10MHz、20MHz带宽。分析了LTE中PRACH信道的作用与物理层信道结构,包括前导序列的格式、时频域结构、资源配置方式。其次对PRACH接收端的关键算法进行了分析,包括前导接收方案和检测方案,并且比较了前导接收方案中的直接FFT算法和时域降采样滤波算法的复杂度。在Matlab平台上搭建了PRACH信道发送端和接收端的浮点仿真模型,对直接FFT算法和时域滤波降采样算法进行浮点仿真,比较检测概率是否满足协议的要求。在Matlab平台上对时域滤波和降采样算法的两种实现结构进行了定点仿真,评估了这两种结构在FPGA上实现后的定点误差,定点误差在410?左右。最后基于C-RAN数字前端PRACH接收端的处理过程,设计了PRACH接收端的整体框架,并对各个子模块的电路进行了详细设计,特别是对滤波模块的两种结构进行设计,分析了两种结构的优缺点。验证每个子模块的逻辑功能的正确性,并且分析了PRACH接收端的资源消耗和性能指标,最后在FPGA板卡上进行了板级测试。PRACH接收端静态时序分析后的最大的时钟频率为298.15MHz,单天线的吞吐率为9.54Gbps,处理延时为0.527ms,远远小于1ms,支持5MHz、10MHz、20MHz带宽,满足了C-RAN数字前端实时性的要求。
【关键词】：C-RAN 物理层随机接入信道 降采样滤波 现场可编程门阵列
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN925.93;TN791
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-14
• 缩略词表14-15
• 第一章 绪论15-23
• 1.1 研究背景15
• 1.2 国内外研究现状15-21
• 1.2.1 C-RAN研究现状16-18
• 1.2.2 LTE演进及其关键技术18-20
• 1.2.3 物理层随机接入信道简介20-21
• 1.3 本文内容及组织结构21-23
• 第二章 C-RAN架构及PRACH信道概述23-37
• 2.1 C-RAN架构23-26
• 2.1.1 C-RAN系统总体架构23-24
• 2.1.2 基于C-RAN的数字前端框架24
• 2.1.3 数字前端PRACH接收端处理过程24-26
• 2.2 PRACH信道概述26-36
• 2.2.1 随机接入作用与过程27-29
• 2.2.2 随机接入物理层信道结构29-36
• 2.3 本章小结36-37
• 第三章 PRACH接收端关键算法研究与仿真37-50
• 3.1 PRACH前导接收方案37-41
• 3.1.1 直接FFT算法37-38
• 3.1.2 时域滤波和降采样算法38-40
• 3.1.3 PRACH前导接收方案比较40-41
• 3.2 PRACH检测方案41-42
• 3.3 PRACH接收端关键算法设计与仿真42-48
• 3.3.1 PRACH前导接收算法浮点仿真与分析45-46
• 3.3.2 时域滤波和降采样算法定点仿真与分析46-48
• 3.4 本章小结48-50
• 第四章 基于C-RAN数字前端PRACH接收端的电路设计与FPGA实现50-67
• 4.1 FPGA设计流程、设计平台及仿真方案50-52
• 4.1.1 FPGA设计流程50-51
• 4.1.2 软硬件平台51
• 4.1.3 功能仿真方案51-52
• 4.2 基于C-RAN的PRACH接收端的整体框架设计52-53
• 4.3 模块的设计与实现53-65
• 4.3.1 CP去除模块设计与实现54-55
• 4.3.2 频移模块设计与实现55-57
• 4.3.3 AGC模块设计与实现57-59
• 4.3.4 滤波模块设计与实现59-63
• 4.3.5 RB选择模块设计与实现63-65
• 4.4 PRACH接收端链路的功能仿真65-66
• 4.5 本章小结66-67
• 第五章 PRACH接收端的验证与测试67-73
• 5.1 验证与测试方案设计67-68
• 5.2 资源消耗和性能指标68-69
• 5.3 PRACH接收端的验证结果与分析69-72
• 5.4 本章小结72-73
• 第六章 总结与展望73-75
• 6.1 工作总结73
• 6.2 进一步研究展望73-75
• 致谢75-76
• 参考文献76-79
• 个人简历及攻读硕士学位期间取得的成果79-80

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本文编号：626183