4发5收自适应V-BLAST MC-CDMA基带系统的FPGA实现及LTE同步技术研究

摘要

多输入多输出(MIMO)技术能有效利用无线信道的多径衰落不利因素，垂直-分层空时码(V-BLAST)技术如同在原有频段上建立多个并行独立子信道，两者结合将极大提高系统容量和频谱利用率；多载波CDMA(MC-CDMA)技术融合了扩频码分多址(CDMA)和正交频分复用(OFDM)的特性，其抗干扰抗多径能力强；自适应技术能使系统满足各种业务对不同传输速率和实时性的要求，提高系统灵活性。因此，本文采用这几种技术构建了完整的4发5收自适应V-BLASTMC-CDMA基带系统。
　　 本文所设计的系统模型自适应部分集成了QPSK/16QAM/64QAM三种调制方式，发送机4根天线上均采用32个子载波和扩频因子为32的OVSF码序列；MIMO信道采用平坦瑞利衰落信道；接收端的5根天线采用与发射端相同的子载波集和OVSF码序列，并选择平方根V-BLAST检测译码方案和等增益合并技术。
　　 现场可编程门阵列(FPGA)吞吐率高、配置灵活、计算速度快，非常适合实现高速率的无线通信系统。为此，本文采用verilog语言在赛灵思(Xilinx)Virtex4-VC4VSX55芯片上设计实现所构建的基带系统，并用modelsim仿真评估系统误码率和synplify pro工具综合分析系统性能，包括资源利用率、最高工作频率和时延情况，验证了系统可靠、灵活、高速、实时。
　　 本文重点探讨了接收端的检测译码方法，提出平方根V-BLAST检测译码方案，引入了坐标旋转数字计算法(Cordic)的思想。平方根检测算法主要利用Cordic进行矢量旋转变换以避免传统算法的复杂的伪逆计算，降低计算复杂度；同时，平方根算法结合V-BLAST译码的干扰抵消处理，可以保证低误码率；通过仿真验证了该检测译码法能保证接收机准确实时地从接收信号中解码出发送信号。
　　 本文最后还探讨了LTE中的小区搜索与同步过程，包括FDD和TDD小区下主从同步序列的传输方式，PSS和SSS序列的生成和检测，并通过Matlab平台仿真验证了主从同步序列在AWGN和瑞利信道下传输具有良好的可靠性。