TD-LTE小基站下行MIMO与资源映射研究及实现

发布时间：2017-05-22 13:20

  本文关键词：TD-LTE小基站下行MIMO与资源映射研究及实现，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：长期演进(Long Term Evolution, LTE)是时下最主流的移动通信技术之一,采用多输入多输出(Multiple In Multiple Out, MIMO)和正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM)技术,能达到数据高速传输和频谱高效利用的目的。目前,由于移动用户密度越来越高,数据流量呈指数增长,LTE基站小型化成为了新的研究热点,而超大规模集成电路(Very Large Scale Integration, VLSI)为小基站的实现提供了可行的解决思路。本文研究了小基站发射端中实现MIMO技术的基带模块——层映射、预编码及OFDM技术的基础模块——资源映射,并进行了VLSI设计及现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array, FPGA)的实现。主要贡献包括：(1)分析LTE系统协议,并深入研究了物理层协议的实现,在此基础上设计出层映射、预编码及资源映射模块的硬件实现架构,并给出了下行物理信道及信号的资源映射顺序；(2)针对物理下行共享信道(Physical Downlink Share Channel, PDSCH)与其他信道及信号资源分配冲突的问题,从映射分类,分级跳转条件及分级跳转处理等三方面提出了系统化的避让机制,另外,通过对位图进行参数提取,并复用存储器、共用映射逻辑,设计出了一种高效的、支持三种资源分配类型、支持LTE所有系统带宽配置的PDSCH资源映射架构；(3)在扩展物理下行控制信道(Physical Downlink Share Channel, PDCCH)的过程中发现,协议中描述的映射逻辑并不适合硬件实现,为此设计了更适合的映射逻辑,并且支持三种控制格式指示(Control Format Indicator, CFI)配置;(4)提出一种新型的预编码处理方法,即将输入数据与预编码矩阵相乘的操作改为对输入数据移位趋近,在保证数据精度的前提下,达到避免使用乘法器的目的;(5)将模块单独进行Modelsim仿真及FPGA综合后,再应用到整体下行发射机中进行系统仿真及综合,分别验证了模块具有时延极小、资源开销小、复杂度低的性能优势和完善的功能。
【关键词】：TD-LTE FPGA 下行物理层 MIMO 资源映射
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN929.5;TN919.3
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-13
• 1 引言13-17
• 1.1 研究背景及意义13-14
• 1.2 国内外研究进展14-15
• 1.2.1 TD-LTE小基站14
• 1.2.2 MIMO及OFDM实现14-15
• 1.3 论文创新点及篇章安排15-17
• 1.3.1 主要创新点15-16
• 1.3.2 篇章安排16-17
• 2 TD-LTE下行物理链路概述17-28
• 2.1 TD-LTE无线帧资源17-21
• 2.1.1 帧结构17-19
• 2.1.2 资源调度单位19-21
• 2.2 TD-LTE下行物理信道及信号21-22
• 2.2.1 下行物理信道21-22
• 2.2.2 下行物理信号22
• 2.3 TD-LTE下行物理信道的一般处理结构22-23
• 2.4 MIMO技术概述23-27
• 2.4.1 MIMO系统模型23-25
• 2.4.2 预编码方式25-27
• 2.5 本章小节27-28
• 3 MIMO模块的研究及实现28-39
• 3.1 层映射模块研究及实现28-31
• 3.1.1 单天线模式28
• 3.1.2 发射分集模式28-29
• 3.1.3 空分复用模式29-30
• 3.1.4 层映射的实现30-31
• 3.2 预编码模块研究及实现31-38
• 3.2.1 单天线模式31
• 3.2.2 发射分集模式31-32
• 3.2.3 空分复用模式32-34
• 3.2.4 预编码的实现34-38
• 3.2.5 改进的预编码实现38
• 3.3 本章小节38-39
• 4 资源映射模块的研究及实现39-68
• 4.1 资源映射整体实现39-42
• 4.1.1 设计需求39
• 4.1.2 整体架构39-41
• 4.1.3 映射间的制约关系41-42
• 4.2 小区专用参考信号42-45
• 4.2.1 映射算法42-45
• 4.2.2 写地址模块实现45
• 4.3 主/辅同步信号45-46
• 4.3.1 映射算法45-46
• 4.3.2 写地址模块实现46
• 4.4 物理广播信道46-48
• 4.4.1 映射算法46-47
• 4.4.2 写地址模块实现47-48
• 4.5 物理控制格式指示信道48-49
• 4.5.1 映射算法48-49
• 4.5.2 写地址模块实现49
• 4.6 物理混合重传指示信道信道49-52
• 4.6.1 映射算法49-51
• 4.6.2 写地址模块实现51-52
• 4.7 物理下行控制信道52-56
• 4.7.1 交织和循环移位52-53
• 4.7.2 协议中的映射算法53
• 4.7.3 提出的映射算法53-54
• 4.7.4 写地址模块实现54-56
• 4.8 物理下行共享信道56-66
• 4.8.1 资源分配类型及映射准则56-59
• 4.8.2 提出的位图参数预处理方法59-64
• 4.8.3 设计的避让机制64-66
• 4.9 本章小节66-68
• 5 模块验证及系统验证68-76
• 5.1 MIMO模块验证68-69
• 5.2 资源映射模块验证69
• 5.3 下行发射机系统验证69-75
• 5.3.1 系统硬件测试环境69-70
• 5.3.2 系统综合结果70-71
• 5.3.3 QPSK调制71-73
• 5.3.4 16QAM调制73-74
• 5.3.5 64QAM调制74-75
• 5.4 本章小节75-76
• 6 总结与展望76-78
• 6.1 总结76
• 6.2 展望76-78
• 参考文献78-81
• 作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果81-83
• 学位论文数据集83

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