MIMO技术在LTE基站侧的应用研究

摘要

随着时代的发展和社会的进步，无线通信的技术也有了不断的发展，从19世纪30年代的电报通信到现在无处不在的无线联通，支持语音与各种数据服务，在新的需求的推动下，3GPP提出了LTE(LongTermEvolution)系统以达到更高的数据速率和更好的通信服务水平。MIMO技术是LTE系统应用的关键技术之一，它能够不增加带宽的情况下，有效的提高系统的吞吐量和频谱利用率，以及链路的可靠性和信噪比，是国内外通信领域研究的重点和热点。本文主要探讨LTE系统基站侧基带信号处理的过程及MIMO信道估计的FPGA实现问题。
　　论文首先对LTE系统作一个简要的介绍，对LTE的物理层标准规范和帧结构进行较详细的说明，并描述了LTE系统上行基带信号产生的过程。其次，结合MIMO系统的构成，阐述MIMO技术的基本原理，包括接收分集、发射分集和空间复用分集这样几种情况，并对实现MIMO通信技术的相关算法进行分析和比较。接着，阐述了MIMO处理在LTE系统中的基站接收侧的基带处理中的位置，设计了基于XILINX的V6器件的LTE基站接收侧的MIMO处理的硬件平台方案和硬件架构，考虑系统的性能和复杂度，MIMO信道估计的算法选用LS算法，这种算法虽然相比较MMSE而言性能要略差一点，但更易于硬件实现，而另一个特点是在实现时采用矩阵求逆的办法，这在一定程度上提高了性能，这样就可以在性能和复杂度上有了很好的折衷。最后，给出了MIMO处理中的信道估计的性能仿真和详细设计，经过调试和和验证，结果符合设计要求。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究目的和意义

1．2 主要研究内容

1．2．1 MIMO无线通信技术

1．2．2 OFDM技术

1．2．3 LTE通信系统

1．2．4 FPGA技术

1．3 章节安排

2 LTE物理层技术

2．1 LTE网络系统架构及高层接口

2．2 LTE物理层概述

2．3 LTE物理层过程

2．3．1 UE同步初始化

2．3．2 随机接入

2．3．3 寻呼过程

2．3．4 持续UE同步

2．3．5 功率控制

2．3．6 共享信道管理

2．4 LTE上行物理层规范

2．4．1 LTE上行帧结构

2．4．2 LTE上行时隙结构及物理资源单元映射

2．4．3 LTE物理信道映射

2．4．4 SC-FDMA上行链路传输

2．4．5 LTE上行传输过程

2．5 本章小结

3 MIMO技术及检测算法研究

3．1 多天线技术的优点

3．2 接收分集

3．3 发射分集

3．3．1 延迟分集

3．3．2 循环延迟分集

3．4 空间复用分集

3．4．1 空间复用分集的基本原理

3．4．2 基于空间复用分集的预编码

3．4．3 基于空间复用分集的非线性接收过程

3．5 MIMO信号检测算法

3．5．1 最大似然准则

3．5．2 ZF检测

3．5．3 MMSE检测

3．6 本章小结

4 MIMO技术在基站接收侧的FPGA实现

4．1 XILINX的FPGA产品介绍

4．1．1 器件介绍

4．1．2 IP Core

4．2 硬件平台方案设计

4．3 MIMO处理在LTE基站侧基带处理中的位置

4．4 基站接收侧MIMO处理需求分析及规划

4．5 MIMO信道估计的基本原理

4．6 MIMO信道估计的性能仿真

4．7 MIMO处理在基站接收侧的硬件架构

4．8 MIMO信道估计的FPGA详细设计

4．8．1 MIMO信道估计的FPGA设计思想

4．8．2 MIMO信道估计的顶层模块

4．8．3 MIMO信道估计的子模块设计

4．9 调试与验证

4．9．1 仿真

4．9．2 在线验证

4．10 本章小结

5 结论

致谢

参考文献

攻读学位期间获奖和发表论文情况