基于C-RAN架构的PRACH接收端的研究与FPGA实现

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。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

缩略词表

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 本文内容及组织结构

第二章 C-RAN架构及PRACH信道概述

2.1 C-RAN架构

2.2 PRACH信道概述

2.3 本章小结

第三章 PRACH接收端关键算法研究与仿真

3.1 PRACH前导接收方案

3.2 PRACH检测方案

3.3 PRACH接收端关键算法设计与仿真

3.4 本章小结

第四章 基于C-RAN数字前端PRACH接收端的电路设计与

4.1 FPGA设计流程、设计平台及仿真方案

4.2 基于C-RAN的PRACH接收端的整体框架设计

4.3 模块的设计与实现

4.4 PRACH接收端链路的功能仿真

4.5 本章小结

第五章 PRACH接收端的验证与测试

5.1 验证与测试方案设计

5.2 资源消耗和性能指标

5.3 PRACH接收端的验证结果与分析

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 工作总结

6.2 进一步研究展望

致谢

参考文献

个人简历及攻读硕士学位期间取得的成果