论文部分内容阅读
长期演进(Long Term Evolution,LTE)是3GPP(3rd Generation PartnershipProject)提出的一个由第3代无线通信向第4代无线通信长期演进的中间标准,有着非常广阔的应用前景。它以正交频分复用-多输入多输出技术(OrthogonalFrequency Division Multiplex-Multiple Input Multiple Output,OFDM-MIMO)为核心技术,预期口标是实现下行速率100Mbps,上行速率50Mbps的宽带无线通信。OFDM-MIMO系统的接收机大多采用相干检测的方法,而信道估计是OFDM-MIMO系统的关键技术之一,信道估计的好坏直接影响信号相干检测的优劣,因此LTE系统中信道估计的研究与实现有着非常重要的意义。
LTE是支持MIM04x4的系统,在设计中发送机使用4根天线发送数据,接收机使用4根天线接收数据,这使得需要进行信道估计的信道数增加到16条。要分别对这16条信道进行信道估计,并且满足处理速度的要求,这使得硬件资源变得非常紧张,这也是LTE系统中进行信道估计的一个难点。
本文主要对LTE系统中信道估计的算法进行研究与分析,并对其进行寄存器传输级(Register Transfer Level,RTL)实现。参考目前已有的信道估计算法,如最小平方(Least Square,LS)算法,最小均方误差(Minimum Mean Square Error,MMSE)算法和基于离散傅里叶变换(Discrete Fourier Transform,DFT)的算法,分析将它们应用到LTE系统中的实现复杂度与资源消耗,最终确定使用最小平方算法对导频位置进行信道估计,再通过插值的方法得到非导频位置的信道频率响应。本文的一个特点是将内插滤波器插值的方法应用到频域插值中,使系统性能较线性插值有所提高,由于相干时间和可用导频个数的限制,时域插值仍然采用线性插值。
对信道估计模块的实现是本文的一个重点。设计中,通过改变滤波器的结构尽量减少乘法器的使用。合理设计滤波器系数只读存储器(Read-Only Memory,ROM)的位宽和地址,将滤波器系数选择的复杂逻辑转变为对只读存储器的读取控制,从而简化了控制逻辑。另外线性插值中提出的快速常数除法的实现方法具有广泛的适用性,可以应用于其他场合。论文的最后给出了仿真和综合的结果,结果显示,信道估计的处理时间大约为6783个时钟周期,SMIC65nm工艺下面积大约为1.5mm2,满足系统的要求。
综上,本文完成了LTE系统中信道估计模块的设计与实现,最终的硬件实现处理延时小,硬件消耗少,可直接应用于LTE系统终端芯片的设计中,这对LTE终端芯片的研发具有重要意义。