以軟體定義無線電平台設計與實現 寬頻OFDM收發機

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姓名

劉昌岳(Chang-Yueh Liu) 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寬頻OFDM收發機
(Design and Implementation of Wideband OFDM Transceiver with SDR Platform)

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摘要(中)

隨著無線通訊技術的進步，5G已經開始蓬勃發展。在物聯網與車用電子等部分中，資料的傳輸速度與資料量是十分重要的，且高速射頻板RFSoC的開發後， 5G的傳輸速度與資料量也越來越被受矚目。在本論文中選擇參考在長期演進技術下行鏈路( LTE DownLink )架構下的OFDM調變系統來開發傳輸速度與資料量高的收發機模組，進行修改與擴充，並在FPGA平台實現。
在硬體中以Verilog硬體描述語言設計並實現多路並行的 OFDM 發射機與接收機，而平台上使用FPGA( Field Programmable Gate Array )板子實現。發射機訊號處理模組中設計了串列與並列轉換處理器、星座圖映射器、參考訊號與訊框產生器、子載波映射器、快速反傅立葉處理器以及循環字首產生器。在接收機方面的模組包括了訊號同步器(包括符元時間同步、載波頻率同步)、快速傅立葉處理器、解子載波擺放器、解訊框架構、通道估測以及通道等化器。

摘要(英)

With the progress of the technologies of wireless communication, 5G system has been continued to thrive and flourished for the better. The data rate and throuthput of IoT (Internet of Things) and IoV (Internet of Vehicle) are vital poins to be considered. Especially with the development of high-speed RF board of RFSoC, the data rate and throughput of 5G system have been attracted more attention. In this research, we select the OFDM modulation system under the LTE DownLink architecture to develop transceiver modules with high-speed and high data rate, and use this demoststratic to modify and pexpand it, finally, to implement it on the FPGA platform.
In hardware, we use verilog hardware description language to conduct design
and implement multiple parallel OFDM transceiver. On platform, we use FPGA (Field Programmable Gate Array) board. The transmitter includes parallel-to-serial processor, constellation mapper, reference signal and frame structure, subcarrier allocation, IFFT processor and cyclic prefix inserter. The receiver includes signal synchronizer (includes symbol synchronizer and subcarrier frequency synchronizer), FFT processor, de-subcarrier allocation, de-frame structure, channel estimator and channel equalizer.

關鍵字(中)

★ 長期演進技術
★ 正交分頻多工
★ 收發機
★ 軟體定義無線電
★ 寬頻

關鍵字(英)

★ LTE
★ OFDM
★ Transceiver
★ Software-Define-Radio
★ Wideband

論文目次

中文摘要 iv
Abstarct v
誌謝 vi
目錄 vii
圖目錄 x
表目錄 xvi
第一章緒論 1
1-1 研究動機與背景 1
1-2 章節簡介 2
第二章長期演進技術下行鏈路系統簡介 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 正交分頻多重存取系統 8
2-4 長期演進技術結構介紹 9
2-4-1 長期演進技術訊框架構類型 9
2-4-2 分頻與分時多工 10
2-4-3 長期演進技術下行通道種類 11
2-4-4 長期演進技術下行訊號種類 12
2-4-5 長期演進技術下行傳輸規格 13
第三章寬頻OFDM發射與接收 16
3-1 星座圖映射 17
3-2 快速傅立葉轉換 19
3-3 符元時序同步(Symbol Timing Synchronization) 21
3-3-1 符元時序偏移討論 21
3-3-2 符元時序同步原理 22
3-4 載波頻率同步(Carrier Frequency Synchronization) 23
3-4-1 載波頻率誤差之影響 23
3-4-2載波頻率同步原理 26
3-5 通道估測(Channel Estimation) 27
3-5-1直接決策通道估測 27
3-5-2取樣後維持通道估測 29
第四章寬頻OFDM發射機硬體實現 30
4-1 FIFO & AXI stream架構 31
4-2 星座圖映射器 36
4-3 訊框架構器 37
4-3-1參考訊號與有效資料置入 38
4-4 子載波映射器 40
4-5 多路快速反傅立葉轉換器 43
4-5-1 IFFT與FFT關係 46
4-5-2 傳統碟型運算器與多路碟型運算器 47
4-5-3 坐標軸數位旋轉計算器 54
4-5-4 旋轉因子 55
4-5-5 多路位元反轉排序 57
4-6 循環前綴產生器 66
第五章寬頻OFDM接收機硬體實現 69
5-1 符元時序同步器(Symbol Timing Synchronizer) 70
5-1-1 延遲相關器 70
5-1-2 峰值檢測器 73
5-1-3 符元同步器 74
5-2 載波頻率同步器(Carrier Frequency Synchronizer) 76
5-3 多路快速傅立葉轉換器 78
5-4 解子載波映射器 79
5-5 解訊框架構器 82
5-6 通道估測與等化 85
5-6-1 參考訊號通道響應 86
5-6-2 線性內插器 87
5-6-3 通道等化 89
第六章軟體定義無線電平台與硬體實現結果 91
6-1 軟體定義無線電 91
6-2 軟體定義無線電平台 91
6-3 FPGA(AC701) 93
6-4 RF module(AD9361) 94
6-6 實驗結果 96
6-6-1 發射機硬體實現 96
6-6-2 發射機合成報告書 97
6-6-3 接收機硬體實現 98
6-6-4 接收機合成報告書 102
第七章結論 103
參考文獻 104

參考文獻

[1] Yu-Ting Tung.” Design and Implementation of LTE Uplink Random Access Signal Generation and Detection with SDR Platform”, National Central University, Master’s thesis, 2019.
[2] Chung-Hao Chi.” Design and Implementation of LTE Physical Downlink Control Channel with SDR Platform,” National Central University, Master’s thesis, 2019.
[3] I.-C. Hsu, “Implementation of lte downlink transceiver with a realistic sdr plat- form,” National Central University, Master’s thesis, 2016.
[4] 3GPP Technical specification 36.211 version 11.5.0 Release 11, “Physical Channel and Modulation,” www.3gpp.org.
[5] Chia-Wei Chan. “Design and implementation of lte downlink transceiver with
FPGA,” in National Central University, Master’s thesis, 2015.
[6] Yih-Min Chen, Hsin-Yin Wu, and Mong-Yo Lu. “Decision-directed polynomial model-based channel estimation for ofdm systems with scattered-pilots”. in ITS Telecommunications (ITST), 2012 12th International Conference on, pages 748-752. IEEE, 2012.
[7] F. Weng, C. Yin, and T. Luo,” Channel estimation for the downlink of 3gpp lte systems,” in Network Infrastructure and Digital Content, 2010 2nd IEEE International Conference on, pages. 1042-1046, IEEE, 2010.
[8] 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, pages. 939–944, IEEE, 2010.
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[10] J. E. Volder, “The cordic trigonometric computing technique,” IRE Transac- tions on Electronic Computers, no. 3, pages. 330–334, 1959.

指導教授

陳逸民

審核日期

2019-12-30

推文