基于FPGA的TD-LTE基带数据解调系统的设计与实现

发布时间：2017-09-19 07:08

  本文关键词：基于FPGA的TD-LTE基带数据解调系统的设计与实现

  更多相关文章： 基带 正交频分复用 同步 调制解调 FPGA

【摘要】：在4G网络全面普及的今天,TD-LTE标准正在日益完善和成熟。随着市场需求不断增长,芯片厂商对LTE相关芯片大规模生产与验证的效率要求日益提高。建立支持TD-LTE芯片的基带数据解调平台,解决芯片设计验证过程中所面临的射频、矢量调制、解调信号质量分析等问题,显得尤为重要。论文针对TD-LTE物理层数据处理流程,实现了一种基于FPGA的TD-LTE基带数据解调系统。论文实现的解调系统主要由AD采集模块、FPGA基带处理基板和系统控制上位机构成,AD模块负责从输入端采集数据,FPGA基板负责正交频分复用(OFDM)符号同步、FFT解调、硬解调和Viterbi译码等解调运算的实现,上位机负责实现协调解调系统参数配置,并对解调结果的参数进行计算。在OFDM符号同步环节,经典Park算法存在低信噪比环境下的定时模糊问题。论文针对Park算法易产生较大副峰的弊端,对经典Park算法作出了改进。论文在Park算法基础上构造了新的训练序列和度量函数,使两者相关运算结果在保持尖锐的波峰和较低的旁瓣条件下产生两个主峰,然后通过选取两个主峰中点的方式确定同步位置。这种方法有效地解决了Park算法在低信噪比环境下副峰过大易造成误判的问题。论文在Matlab中对两种方法不同信噪比条件下进行了仿真分析,验证了改进方法在低信噪比环境下的准确性。论文使用Keysight矢量信号源和其配套Matlab工具箱产生标准LTE测试信号。结果表明,本系统对于四种调制方式的EVM计算结果相比Keysight89600解调软件偏差在10%以内。对于1200个调制方式为QAM64的子载波OFDM解调(对应FFT点数为2048),其一帧的最大处理时长小于1 ms。通过信号源模拟PDSCH信道的2048000个符号的QAM64信号,并分析系统在信噪比10-20dB的误码率曲线,可得系统在SNR=20dB条件下误码率小于10-6。通过在1dB≤SNR≤5dB的条件下的定时同步误差分析(定时偏差0.5个符号),可得改进的定时同步算法在低信噪比状态下具有比经典Park定时同步算法更优的性能。经验证系统可以满足LTE基带数据的解调要求,具有较强的扩展性,在TD-LTE芯片的设计和验证领域具有较大的应用前景。
【关键词】：基带 正交频分复用 同步 调制解调 FPGA
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN929.5
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-14
• 1.1 课题研究背景10-11
• 1.2 国内外研究现状11-12
• 1.3 主要内容及设计指标12
• 1.3.1 主要内容12
• 1.3.2 设计要求和指标12
• 1.4 论文工作内容安排12-14
• 第二章 TD-LTE相关技术原理14-28
• 2.1 TD-LTE物理层过程14-15
• 2.1.1 LTE的两种帧结构14
• 2.1.2 物理信道处理流程14-15
• 2.2 OFDM系统基本概念15-22
• 2.2.1 串并转换16
• 2.2.2 子载波调制16-19
• 2.2.3 保护间隔与循环前缀19-20
• 2.2.4 OFDM系统关键参数和关键技术20-22
• 2.3 OFDM系统中的同步技术22-27
• 2.3.1 OFDM系统的同步要求22-23
• 2.3.2 定时同步偏差对OFDM系统的影响23-25
• 2.3.3 经典符号定时同步算法存在的问题25-27
• 2.4 本章小结27-28
• 第三章 TD-LTE解调系统方案设计与验证28-52
• 3.1 系统方案设计28-30
• 3.1.1 需求分析28
• 3.1.2 提高定时准确度的思路分析28-29
• 3.1.3 总体方案设计29-30
• 3.2 OFDM同步模块设计与改进30-35
• 3.2.1 符号定时同步模块原理30-31
• 3.2.2 经典Park定时同步算法的仿真分析31-32
• 3.2.3 基于Park符号同步算法的改进32-35
• 3.3 FFT的实现与验证35-38
• 3.3.1 FFT实现的基本算法35-36
• 3.3.2 加入循环前缀的FFT仿真验证36-38
• 3.4 硬解调模块的实现与验证38-46
• 3.4.1 硬解调基本原理与仿真验证38-44
• 3.4.2 参考成型滤波器原理与仿真对比44-46
• 3.5 信道译码的实现与验证46-48
• 3.5.1 Viterbi译码的基本思想47
• 3.5.2 Viterbi译码的仿真与验证47-48
• 3.6 系统解调仿真结果48-50
• 3.7 本章小结50-52
• 第四章 TD-LTE基带解调系统的FPGA实现52-68
• 4.1 OFDM同步模块硬件实现52-54
• 4.2 FFT模块的设计与实现54-57
• 4.2.1 FFT IP核的调用54-56
• 4.2.2 FFT变换的FPGA时序分析56-57
• 4.3 硬解调模块的FPGA实现57-61
• 4.3.1 升余弦参考滤波器的验证分析57-58
• 4.3.2 四种调制方式的解调分析58-61
• 4.4 Viterbi译码的FPGA实现61-62
• 4.5 解调系统通信链路实现62-66
• 4.5.1 上下位机的控制协议62-64
• 4.5.2 上位机功能设计64-66
• 4.6 本章小结66-68
• 第五章 TD-LTE解调系统环境搭建与系统测试68-74
• 5.1 环境搭建68-69
• 5.2 解调系统性能测试69-73
• 5.2.1 上位机软件配置流程69
• 5.2.2 系统指标测试69-73
• 5.3 本章小结73-74
• 第六章 总结与展望74-76
• 6.1 总结74-75
• 6.2 展望75-76
• 参考文献76-80
• 致谢80-82
• 攻读硕士学位期间发表的论文82

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本文编号：880216