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近年来,随着微电子技术的发展,可编程逻辑器件在集成度、速度等方面的性能获得了空前的发展。其中FPGA的市场发展尤为引人注目:FPGA器件以其设计周期短、研发费用低、调试方便和可现场修改的特点已经广泛应用于通信、自动控制、信息处理等领域,特别是在移动通信领域的诸多产品中,FPGA几乎无处不在。
当今通信市场发展迅猛,移动网络宽带化的需求日益迫切。为了适应和满足这种需求,3GPP组织提出了第三代移动通信(3G)的长期演进计划LTE(Long TermEvolution)。LTE是近两年来3GPP启动的最大的新技术研发项目,是以OFDM为核心的技术,能够提供更高的带宽、更低的时延,以及更好的服务质量保障。
本文以TD-LTE系统为背景,首先分析了TD-LTE物理层帧结构和上下行子帧所采用的传输技术,然后结合物理层传输信道和物理信道的处理过程,对适合在FPGA中实现的运算模块进行研究:传输信道BCH处理过程中的咬尾卷积编解码;物理信道处理过程中OFDM和SC-FDMA基带信号的FFT/IFFT运算;此外,在FPGA内需要有同步模块来保持和网络端的同步,还需要一些时钟和控制接口进行协调通信。据此本文设计了FPGA的硬件处理平台,并具体分析了平台内各个模块的实现过程。平台中,FPGA完成数据量大、需要大量并行处理、重复性强、速度要求高的数字信号处理运算。平台内的模块包括:负责传递高层给FPGA和RF的所有控制信息的SPI接口模块;负责整个FPGA内部时钟分配的时钟管理模块;保持终端和网络端同步的同步模块;基带信号处理的FFT模块;控制数据收发的模块;根据收发控制进行数据的发送和接收的数据传输模块;为信道编码的咬尾卷积码提供译码的模块。目前,FPGA中涉及到的模块的设计在Xilinx的集成开发环境ISE9.1中基本设计完成,并在ModelSim6.1SE软件中完成了仿真测试。