以軟體定義無線電平台設計與實現LTE FDD多用戶上行鏈路之同步機制

以作者查詢圖書館館藏

、以作者查詢臺灣博碩士

、以作者查詢全國書目

、勘誤回報

、線上人數：36

、訪客IP：3.141.100.120

姓名

涂捷(Chieh Tu) 查詢紙本館藏

畢業系所

通訊工程學系

論文名稱

以軟體定義無線電平台設計與實現LTE FDD多用戶上行鏈路之同步機制
(Design and Implementation of LTE FDD Multi-User Uplink Synchronizer with SDR Platform)

相關論文

★ WiMAX基地台信號覆蓋實地量測與分析	★ 被動元件阻抗量測原理及實務
★ 正交分頻多工接收機中數位降頻器之低通濾波器設計	★ 適用於數位電視之里德所羅門編解碼硬體實作
★ 數位電視地面廣播系統之通道估測與等化器設計與實現	★ 數位電視地面廣播之數位基頻收發機即時軟體設計與實現
★ 數位電視地面廣播系統通道解碼之腓特比解碼器實現	★ 無線區域網路收發機之整合實現與測試
★ 以DSP處理器實現數位電視地面廣播系統發射機	★ 數位電視內接收機同步系統之設計與實現
★ AIS實體層(GMSK/FM)與資料鏈結層軟體無線電技術實現	★ 數位電視地面廣播系統內接收機之快速傅立葉轉換處理器研究與設計
★ 數位電視地面廣播之數位降頻器與再取樣器設計與實現	★ 軟體無線電任意基頻訊號接收機系統設計及實現
★ 陣列天線互耦及接收機增益與相位對波束合成器性能影響及校正研究	★ 適用於OFDM系統之可變長度快速傅立葉轉換處理器設計與實現

檔案

[Endnote RIS 格式]

[Bibtex 格式]

[相關文章]

[文章引用]

[完整記錄]

[館藏目錄]

[檢視]

[下載]

本電子論文使用權限為同意立即開放。
已達開放權限電子全文僅授權使用者為學術研究之目的，進行個人非營利性質之檢索、閱讀、列印。
請遵守中華民國著作權法之相關規定，切勿任意重製、散佈、改作、轉貼、播送，以免觸法。

摘要(中)

隨著無線通訊技術的發展，LTE(Long Term Evolution)在第四代行動
通訊扮演了十分重要的角色。在文中將會針對LTE上行以及下行鏈路
系統做介紹，包括其使用之正交分頻多工(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)技術、上行以及下行鏈路的規格以及調變原理等。
而本篇論文以軟體無線電的方式，實現LTE上行以及下行鏈路的
發射機與接收機之對傳(手機與基地台之對傳)。透過搭載實務軟體定義無線電平台，可以實際即時的在特定的頻段發設與接收空中的訊號，也可以改變發射及接收增益來觀察訊號在經過空氣後發生的變化，以及探討訊號的品質評斷系統優劣度等等。

摘要(英)

With the development of wireless communication technology, LTE(Long Term Evolution) plays an important role in the fourth generation of mobile communication technology. In this thesis, we introduce for the LTE uplink and LTE downlink system, including the use of OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)technology, specifications and uplink modulation and downlink modulation principle, etc.

In this thesis, we used Software-dene-radio to achieve LTE uplink and downlink transmitter and receiver(communication of user and base station). By the
Software-defined-radio platform, we can immediatly transmit and receiver signal in the air on some particular band. Also we can change transmit and receive gain to observe the transformation of the signal in the air, discussion on the quality of the signal and system, etc.

關鍵字(中)

★ 軟體定義無線電
★ 多用戶
★ 上行鏈路
★ 同步

關鍵字(英)

★ LTE
★ FDD
★ Multi-User
★ Uplink
★ Synchronizer
★ SDR Platform

論文目次

目錄
頁次
中文摘要.............................................................................................................. i
ABSTRACT ......................................................................................................... ii
謝誌...................................................................................................................... iii
目錄...................................................................................................................... iv
圖目錄..................................................................................................................viii
表目錄.................................................................................................................. xii
一、緒論.............................................................................................................. 1
1.1 研究動機與背景. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 章節簡介. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
二、長期演進技術上行與下行鏈路系統簡介.................................................. 3
2.1 正交分頻多工調變原理. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
2.2 保護區間(Guard Interval) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2.3 單載波分頻多重存取系統. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2.4 正交分頻多重存取系統. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.5 長期演進技術結構介紹. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.5.1 長期演進技術訊框架構類型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.5.2 分頻與分時多工. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.5.3 LTE 上行鏈路參考訊號配置. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.5.4 長期演進技術下行通道種類. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.5.5 長期演進技術下行訊號種類. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.5.6 長期演進技術下行傳輸規格. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.5.7 長期演進技術分頻多工. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.5.8 長期演進技術規格. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
iv
三、使用者端長期演進技術系統...................................................................... 21
3.1 星座圖映射. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
3.2 離散傅立葉轉換. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3.2.1 Radix-2 DIF 演算法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3.2.2 WFTA 3 演算法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
3.2.3 WFTA5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
3.3 快速傅立葉轉換. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
3.4 循環字首. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
3.5 參考訊號. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
3.6 符碼時序同步(Symbol Timing Synchrnization) . . . . . . . . . . 35
3.6.1 符碼時序偏移討論. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3.6.2 符碼時序同步原理. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
3.7 載波頻率同步(Carrier Frequency Synchronization) . . . . . . . . 38
3.7.1 載波頻率誤差之影響. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
3.7.2 載波頻率同步原理. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
3.7.3 載波頻率誤差之比例修正. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
3.8 子訊框同步(Subframe Synchronization) . . . . . . . . . . . . . . . 43
3.8.1 主同步訊號. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
3.8.2 子訊框同步原理. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
四、基地台端長期演進技術之系統.................................................................. 47
4.1 符碼時序同步(Symbol Timing Synchrnization) . . . . . . . . . . . 48
4.1.1 基地台與使用者發射端之關係. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
4.1.2 基地台接收機符碼時序截取. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
4.2 通道估測(Channel Estimation) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
4.2.1 最小平方近似法通道估測. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
4.2.2 多項式模型化通道估測(Polynomial Model Based) . . . . . . . . 52
4.2.3 取樣後維持通道估測(Sample and Hold) . . . . . . . . . . . . . . 54
五、使用者端硬體實現...................................................................................... 55
5.1 使用者端LTE 下行鏈路接收機系統架構. . . . . . . . . . . . . 55
5.2 符碼時序同步器(Symbol Timing Synchronizer) . . . . . . . . . . 56
5.2.1 延遲相關器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
v
5.2.2 峰值檢測器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
5.2.3 符碼同步器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
5.3 載波頻率同步器(Carrier Frequency Synchronizer) . . . . . . . . . 60
5.3.1 移動平均(Moving Average) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
5.4 快速傅立葉轉換器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
5.4.1 FFT/IFFT 切換. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
5.4.2 蝶型運算器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
5.4.3 FFT 時序控制. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
5.4.4 位元反轉排序. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
5.5 子訊框同步器(Subframe Synchronizer) . . . . . . . . . . . . . . . 69
5.5.1 主同步訊號偵測器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
5.5.2 Zado-Chu序列相乘器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
5.5.3 主同步訊號交互相乘器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
5.5.4 主同步訊號峰值檢測器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
5.6 使用者端LTE 上行鏈路發射機系統架構. . . . . . . . . . . . . 73
5.7 時間觸發器(Timing Trigger) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
5.8 星座圖映射器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
5.9 離散傅立葉轉換器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
5.9.1 Radix-2 SDF 架構. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
5.9.2 WFTA SDF 架構. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
5.10 領航符碼置入器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
5.11 子載波映射器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
5.12 循環字首置入器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
六、基地台端硬體實現...................................................................................... 83
6.1 基地台端LTE 下行鏈路發射機系統架構. . . . . . . . . . . . . 83
6.2 參考訊號與主同步訊號置入器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
6.3 基地台端LTE 上行鏈路接收機系統架構. . . . . . . . . . . . . 85
6.4 符碼時序同步器(Symbol Timing Synchronizer) . . . . . . . . . . 86
6.5 通道估測器(Channel Estimator)與等化器(Equalizer) . . . . . . . 88
6.5.1 最小平方近似法模組. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
6.5.2 二次多項式模組. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
6.5.3 取樣後維持. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
vi
6.5.4 通道等化器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
七、軟體定義無線電平台.................................................................................. 94
7.1 軟體定義無線電. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
7.2 軟體定義無線電平台. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
7.3 MATLAB to SIMIS Engine IC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
7.4 FPGA(AC701) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
7.5 RF module(AD9361) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
7.6 實驗結果. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
7.6.1 合成報告書. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
7.6.2 發射機硬體實現結果. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
7.6.3 接收機硬體實現結果. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
八、結論..............................................................................................................108
參考文獻..............................................................................................................109

參考文獻

參考文獻
[1] C.-C. Chen, “Design and implementation of lte uplink transceiver with sdr platform,” National Central University, Master′s thesis, 2016.
[2] I.-C. Hsu, “Implementation of lte downlink transceiver with a realistic sdr platform,” National Central University, Master′s thesis, 2016.
[3] J. W. Cooley and J. W. Tukey, “An algorithm for the machine calculation of complex fourier series,” Mathematics of computation, vol. 19, no. 90, pp. 297-301, 1965.
[4] A. Peled and A. Ruiz, “Frequency domain data transmission using reduced computational complexity algorithms,” in Acoustics, Speech, and Signal Processing, IEEE International Conference on ICASSP′80., vol. 5, pp. 964-967,IEEE, 1980.
[5] Q. Wang, C. Mehlfuhrer, and M. Rupp, “Carrier frequency synchronization in the downlink of 3gpp lte,” in 21st Annual IEEE International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications, pp. 939-944, IEEE, 2010.
[6] X. Yang, Y. Xiong, W. Jia, W. Fang, and X. Zheng, “Pss based time synchronization for 3gpp lte downlink receivers,” in Communications Technology(ICCT), 2011 IEEE 13th International Conference on, pp. 930-933, IEEE,2011.
[7] Y. Yang, W. Che, N. Yan, X. Tan, and H. Min, “Efficient implementation of primary synchronization signal detection in 3gpp lte downlink,” Electronics letters, vol. 46, no. 5, pp. 376-377, 2010.
[8] J. E. Volder, “The cordic trigonometric computing technique,” IRE Transactions on Electronic Computers, no. 3, pp. 330-334, 1959.
[9] P.-C. Wang, “Design and implementation of variable-length fast fourier transform processor in ofdm systems,” National Central University, Master′s thesis,2007.
[10] C.-Y. Li, “Fpga implementation of mixed-radix design dft processor in the uplink lte system,” National Central University, Master′s thesis, 2015.
[11] A. Sohl, T. Frank, and A. Klein, “Channel estimation for dft precoded ofdma with blockwise and interleaved subcarrier allocation,” in Proc. International OFDM Workshop 2006, 2006.
[12] X. Wang and K. R. Liu, “Channel estimation for multicarrier modulation systems using a time-frequency polynomial model,” IEEE transactions on communications, vol. 50, no. 7, pp. 1045-1048, 2002.
[13] H. Wang, X. You, B. Jiang, and X. Gao, “Performance analysis of frequency domain equalization in sc-fdma systems,” in 2008 IEEE International Conference on Communications, pp. 4342-4347, IEEE, 2008.

指導教授

陳逸民(Yih-Min Chen)

審核日期

2017-11-30

推文