TD-LTE基站物理层下行链路设计与实现

摘要

随着科技发展和人类需求不断增长，移动通信已经完成了三次变革，目前正在进行第四次变革，相比3G，第四次变革演进了无线接入技术和网络架构，它的特点是宽带和多功能集成。第四次变革以LTE（长期演进计划）为标志，LTE是2006年以来3GPP启动的最大新技术研发项目，被称作“准4G”技术，包括FDD LTE和TDD LTE两种不同模式，两者主要区别在于FDD为频分双工，而TDD为时分双工。2008年LTE Release8发布以后，各国都加紧研制和部署LTE设备，目前很多国家和地区已经部署了LTE商用网络;我国也于2013年12月颁布了TD-LTE牌照，标志着我国正式进入4G时代。作为全球性的4G标准，LTE具有广阔的市场前景。LTE无线接入网分为物理层、数据链路层和RRC层。物理层处于整个协议的最下层，是无线通信系统的基础，上层数据的正常传输和传输速率等均依赖于物理层。相比3G，LTE显著提高了频谱效率和峰值传输速率等，这主要得益于LTE物理层引入OFDM和MIMO等无线技术，所以研究LTE物理层具有重要意义。
　　本论文主要研究TD-LTE基站物理层下行链路，包括物理层下行链路仿真平台设计、基带处理单元芯片间Serial RapidIO高速总线FPGA侧实现、物理层下行链路DSP实现和典型信令流程验证。主要研究工作和创新点包括:
　　(1)设计并实现TD-LTE物理层下行链路matlab仿真平台。本仿真平台具备以下功能:下行各物理信道和物理信号发送、接收功能，支持各种系统带宽，支持普通CP和扩展CP模式，支持单天线接收单天线发送、发射分集和空分复用MIMO模式，最大发送接收天线数为2X2等。其中发送部分通过Agilent89600VSA验证正常，整个仿真平台发送接收功能测试正常。研究主要算法并对下行各物理信道进行性能仿真和算法改进，目前PCFICH、PDCCH接收误码率测试结果满足LTE规范要求，PBCH、PDSCH接收误码率测试结果比LTE规范差，还需进一步改进。
　　(2)在FPGA上实现单lane3.125Gbps的Serial RapidIO。由于LTE的多天线、高带宽特性，基带处理单元使用Hyplink和Serial RapidIO来满足其上各芯片之间的高速率数据传输要求。本论文通过研究RapidIO协议标准包括RapidIO物理层、传输层、逻辑层、GTP、链路初始化等，在FPGA上实现了单lane3.125Gbps的Serial RapidIO，经过chipscope等测试工具测试工作正常。
　　(3)在以TMS320C6670为核心器件的基带处理单元上实现了TD-LTE物理层下行链路并对其进行了验证。研究TMS320C6670 DSP芯片并使用其内部 FFTC、BCP等协处理器实现TD-LTE物理层下行链路，通过matlab仿真平台和Agilent89600 VSA对下行链路DSP实现进行验证，验证结果表明各信道能够正常工作。
　　(4)学习LTE开机附着流程并基于下行链路进行信令流程调测，由于LTE信令流程正确执行需要各协议层配合完成，本论文提出了数据打桩技术，通过数据打桩技术在仅有物理层下行链路的情况下成功进行了UE开机附着流程前几步的验证。数据打桩技术可以加快项目开发进度，在开发TD-LTE基站设备过程中，我们采用数据打桩技术实际调测开机附着信令流程比传统串行开发调试方法节省了近一半时间。