基于LTE接收机无线通信基带的FPGA实现.docx

本科毕业设计题目：基于LTE接收机无线通信基带的FPGA实现学院：物理与光电信息科技学院专业：电子信息工程2012年3月20号基于LTE接收机无线通信基带的FPGA实现物理与光电信息科技学院电子信息工程专业106032008113 黄波指导教师吴进营【摘要】随着移动通信在全球范围的迅速发展，从第二代GSM到第三代3G技术的不断推进，在满足了语音，电子邮件，图片，音乐的移动通信服务的同时，对于大量数据信息的传输接收，例如视频的无线移动传输等多媒体技术，成为了未来用户所希望通过移动终端随时随地进行通信的选择。LTE作为3G技术的演进，改进和增强了3G的空中接口技术，采用正交频分复用(OFDM，Orthogonal Frequency Division Multiplexing)和多输入多输出(MIMO,Multi-Input Multi-Output)作为无线网络演进的唯一标准，提高数据传送速率，改善小区边缘用户性能和提高小区容量，降低系统延迟等；本设计介绍了LTE的物理层帧结构及核心技术OFDM，使用FPGA平台实现LTE接收机通信基带的仿真验证实现的工作情况。【关键词】LTE长期演进；FPGA；OFDM正交频分复用目录1 引言12 LTE技术12.1 LTE关键技术12.2 LTE实现方式62.3 LTE物理层主要性能指标63 系统概述83.1 系统框图93.2 模块解析93.3 开发、测试与硬件环境184 软件设计194.1设计框架194.2模块设计205 系统调试265.1 Matlab仿真265.2 硬件测试(Chipsope抓包数据处理)296 结束语357 致谢358 参考文献351 引言从20世纪80年代中期开始，数字移动通信系统进入发展和成熟时期。模拟蜂窝网的容量已不能满足日益增长的移动用户的需求。20世纪80年代中期，欧洲首先推出了全球移动通信系统(GSM，Global System for Mobile).随后美国和日本也相继制定了各自的数字移动通信体制。20年代80年初，美国Qualcomm公司推出了窄带码分多址(CDMA,Code-Division Multiple Access)蜂窝移动通信系统，这是移动通信系统发展中的里程碑。从此码分多址这种新的无线接入技术在移动通信领域占据了越来越重要的地位。第二代移动通信系统主要是为了支持话音和低速率的数据业务而设计。但随着人们对通信业务范围和业务速率要求的不待提高，第三代(3G)移动通信系统应运而生。但是由于3G系统的核心网还没有完全脱离第二代移动通信系统的核心网结构，普遍认为3G系统仅仅是一个向未来移动通信系统过渡的阶段。目前，已经把更多的方向投向超3G(Beyond 3G)的移动通信系统。长期演进(Long Tern Evolution,LTE)是第一个从一开始就强调支持分组交换数据业务的蜂窝移动通信系统，分组通信只是其中的一部分。而该系统可以容纳庞大的用户数量，改善现有的通信质量，达到高速数据从传输的要求。LTE作为未来的通信标准，能够更好地利用频谱，以更低的成本提供更好的覆盖和信道容量。2 LTE技术LTE(Long Term Evolution)作为未来移动通信的标准，采用OFDM-MIMO技术，速率可以达到50-100Mbit/s,上行速率也可以达到30-50Mbit/s。2.1 LTE关键技术2.1.1 OFDM(正交频分复用)OFDM,(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用)，与已经普遍应用的频分复用(FDM，Frequency Division Multiplexing)技术类似。OFDM将高速的数据流通过串并变换分配到低速率的若干频率子信道中传输，不同的是OFDM技术更好地提高了频谱利用率。图2-1 OFDM系统与传统多载波调制的频谱效率比较[1]如图2-1所示，FDM中，各个用户所占的频带之间一般要求有保护带宽，以免相互干扰。相比OFDM，各个用户所占的频带之间不但没有保护带宽，还有重叠，所以所占的带宽比FDM要窄。OFDM作为一种多载波传输方案，可以看做是一种调制技术，或者复用技术。多载波传输把数据流分解成若干子比特流，将这些低比特速率的数据流调制相应的子载波，就构成了多个低速率符号并行发送的传输系统。正交频分复用是多载波调制(MCM，Multi-carrier Modulation)的一种改进。特点是各子载波相互正交，所以扩频调制后的频谱相互重叠，不进减小了子载波间的相互干扰，还大大提高了频谱利用率。 OFDM系统的数学模型OFDM[2]中，一个OFDM符号包括多个经过调制的子载波。假设N表示子载波的个数，T表示OFDM符号的周期，(i=0、1、…、N-1)为分配给每个