碼元開(kāi)始發(fā)生器 - NI LabVIEW Communications LTE應(yīng)用架構(gòu)以及程序測(cè)試結(jié)果和分析

一旦接收到DAC循環(huán)的脈沖，碼元開(kāi)始發(fā)生器(Symbol Start Generator)便會(huì)針對(duì)無(wú)線幀中的每個(gè)OFDM碼元生成脈沖。 接著索引發(fā)生器(Index Generator)會(huì)針對(duì)當(dāng)前OFDM碼元的每個(gè)采樣點(diǎn)生成時(shí)序信息，例如副載波、資源塊、OFDM碼元和子幀索引。 PDCCH和PDSCH發(fā)射器根據(jù)系統(tǒng)配置與用戶數(shù)據(jù)使用該信息來(lái)生成QAM碼元。 脈沖會(huì)延遲，直到兩個(gè)發(fā)射器執(zhí)行結(jié)束為止。 之后資源映射器（Resource Mapper）會(huì)為類似于接收機(jī)鏈的每個(gè)物理信道生成布爾簇。 現(xiàn)在每個(gè)信道皆可填充由資源網(wǎng)格生成的QAM碼元。 如果當(dāng)前采樣點(diǎn)和該信道無(wú)關(guān)，則所有信道都必須能夠以零填充。 這個(gè)行為可使用簡(jiǎn)易的“或”門邏輯來(lái)組合所有信道。

組合所有信道之后，就會(huì)插入DC間隔，接著通過(guò)IFFT把頻域信號(hào)轉(zhuǎn)換從時(shí)域信號(hào)。 信號(hào)前綴會(huì)附加至IFFT輸出端，并且使用FIFO把數(shù)據(jù)傳輸至DUC和DAC時(shí)鐘域。 最后一步就是數(shù)字下變頻(DUC)，這與NI USRP-RIO數(shù)據(jù)流項(xiàng)目范例模板所使用的DUC一樣， 如圖14所示。 此功能會(huì)執(zhí)行數(shù)字增益、I/Q失衡修正、頻移以及將標(biāo)準(zhǔn)LTE速度(30.72 MS/s)轉(zhuǎn)換成DAC采樣率。

圖14: 數(shù)字上變頻程序框圖

2.2.1. PDCCH發(fā)射器
PDCCH發(fā)射器會(huì)創(chuàng)建用于PDCCH信道的所有QAM碼元。 所包含的模塊如圖15所示。

一旦接收到碼元觸發(fā)，就會(huì)根據(jù)主機(jī)配置生成DCI消息。 接著執(zhí)行消息編碼并附加CRC。 DCI多路復(fù)用器模塊會(huì)把生成的碼元轉(zhuǎn)換為PDCCH信道的正確位置。 接著會(huì)對(duì)整個(gè)信道數(shù)據(jù)進(jìn)行加密和交錯(cuò)處理。 將QPSK-Modulation機(jī)制應(yīng)用于碼元之后，PDCCH I/Q采樣點(diǎn)就會(huì)儲(chǔ)存在FIFO中，直到通過(guò)資源網(wǎng)格生成操作提取出來(lái)。

圖15: PDCCH發(fā)射器程序框圖

2.2.2 PDSCH發(fā)射器
PDSCH發(fā)射器會(huì)把主機(jī)的用戶數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成PDSCH信道所需的QAM碼元。 這個(gè)處理鏈的程序框圖如圖16所示。

小型的MAC實(shí)現(xiàn)會(huì)把專用MAC層頭幀添加到每個(gè)PDSCH傳輸塊的開(kāi)頭。 剩下的傳輸塊會(huì)盡可能使用來(lái)自主機(jī)FIFO的用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行填充。 必要時(shí)還會(huì)加入補(bǔ)零位來(lái)填滿傳輸塊的剩余部分。 PDSCH編碼器使用的是Xilinx的LTE DL Channel Encoder。 核心的輸出端會(huì)根據(jù)LTE規(guī)格進(jìn)行加密。 之后再應(yīng)用QAM調(diào)制。 主機(jī)的MCS值決定了調(diào)制機(jī)制。 完成調(diào)制之后，PDSCH QAM碼元就會(huì)進(jìn)入FIFO并儲(chǔ)存在FIFO中，直到被資源網(wǎng)格調(diào)用。

圖16: PDSCH發(fā)射器程序框圖

2.3. 時(shí)鐘考慮
FPGA使用三個(gè)主要時(shí)鐘域： 40MHz、120MHz和192MHz。

配置循環(huán)均連接至40MHz時(shí)鐘域。 配置信息會(huì)在執(zhí)行之前設(shè)置好，并在設(shè)計(jì)的其他地方用作為常數(shù)。

所有的LTE基帶處理信號(hào)都會(huì)在192 MHz的時(shí)鐘速率下運(yùn)行。 NI USRP-RIO ADC和DAC界面則是在120MHz下運(yùn)行，此外采樣率轉(zhuǎn)換器會(huì)創(chuàng)建30.72 MS/s的I/Q數(shù)據(jù)。 192MHz處理時(shí)鐘和120MHz數(shù)據(jù)時(shí)鐘不會(huì)彼此同步，設(shè)計(jì)時(shí)就已經(jīng)考慮到這兩個(gè)時(shí)鐘的差異。在192MHz時(shí)鐘域中完成的處理操作具有足夠的裕量來(lái)容許192MHz時(shí)鐘和120MHz時(shí)鐘之間的頻率差。

下行鏈路發(fā)射機(jī)鏈路使用同步機(jī)制來(lái)校準(zhǔn)基帶處理，同時(shí)避免在兩個(gè)時(shí)鐘域之間傳輸數(shù)據(jù)的FIFO下溢或上溢。 120MHz數(shù)據(jù)時(shí)鐘用作為絕對(duì)時(shí)間參考。 每隔10毫秒，120 MHz時(shí)鐘域就會(huì)生成一個(gè)觸發(fā)(針對(duì)每一個(gè)無(wú)線幀)。 這個(gè)觸發(fā)會(huì)發(fā)送至192MHz處理域，啟動(dòng)新無(wú)線幀的創(chuàng)建。 兩個(gè)時(shí)鐘域之間的FIFO可確保數(shù)字上變頻模塊保持恒定的數(shù)據(jù)傳輸率。

如果用于測(cè)試目的，F(xiàn)PGA上有個(gè)內(nèi)部環(huán)回FIFO，可繞過(guò)RF處理直接將采樣點(diǎn)從TX傳輸至RX進(jìn)行基帶處理。 這個(gè)內(nèi)部環(huán)回默認(rèn)為禁用狀態(tài)，如有需要可通過(guò)主機(jī)啟用。

3. 主機(jī)實(shí)現(xiàn)概述

LTE應(yīng)用架構(gòu)包含了一個(gè)頂層主機(jī)VI，用于配置FPGA以及與FPGA交換負(fù)載數(shù)據(jù)。

左上方的指示控件和輸入控件均已初始化。 之后就會(huì)生成一個(gè)會(huì)話簇，其中包含所有必要處理的參考信息。 所有While循環(huán)在執(zhí)行期間都會(huì)使用這個(gè)會(huì)話簇來(lái)交換數(shù)據(jù)或訪問(wèn)FPGA資源。 只要按下Stop按鈕或出現(xiàn)錯(cuò)誤，所有的While循環(huán)都會(huì)停止運(yùn)行，會(huì)話中的所有處理操作都會(huì)關(guān)閉。

可能的參數(shù)設(shè)置請(qǐng)查看項(xiàng)目的文檔，只要在LabVIEW Communications中創(chuàng)建一個(gè)LTE應(yīng)用架構(gòu)例程，即可獲得該文檔。 主機(jī)VI包含了七個(gè)主要的獨(dú)立循環(huán)，接下來(lái)會(huì)逐一說(shuō)明。

圖17: Host Top-Level VI程序框圖

4. 結(jié)論

LabVIEW Communications LTE應(yīng)用架構(gòu)1.0提供了兩個(gè)在NI SDR硬件上運(yùn)行的站點(diǎn)之間的實(shí)時(shí)802.11鏈路。此應(yīng)用架構(gòu)通過(guò)利用現(xiàn)有鏈路和只需修改或添加所需部分，可幫助用戶專心于特定領(lǐng)域的研究。

基于LabVIEW的靈活性和該框架的模塊化特性，用戶可輕松互換設(shè)計(jì)的某些部分，以便針對(duì)未來(lái)的無(wú)線系統(tǒng)開(kāi)發(fā)新的算法除此之外，由于LabVIEW固有地連接了主機(jī)和FPGA，設(shè)計(jì)還可進(jìn)行分區(qū)，以便充分利用FPGA的并行執(zhí)行功能和主機(jī)的計(jì)算性能。

此設(shè)計(jì)隨附的FPGA位文件提供了完整功能，并且可支持有或者無(wú)RF的測(cè)試模式。 此外，還可以使用外部RF設(shè)備，例如NI 5644R矢量信號(hào)收發(fā)器來(lái)仿真干擾現(xiàn)象和各種信道條件。

這個(gè)應(yīng)用架構(gòu)為無(wú)線研究和原型開(kāi)發(fā)提供了豐富的起點(diǎn)。 立即下載LabVIEW Communications評(píng)估版： ，開(kāi)始您的開(kāi)發(fā)。

如有問(wèn)題， 請(qǐng)發(fā)送電子郵件至 labview.communications@ni.com 。

5. 縮略詞表3GPP?3rd?Generation Partnership Projects（第三代合作伙伴項(xiàng)目）?

ADC?Analog to digital converter（模數(shù)轉(zhuǎn)換器）?
AGC?Automatic Gain Control（自動(dòng)增益控制）?
AP?Acess port（無(wú)線訪問(wèn)節(jié)點(diǎn)）?
BLER?Block error rate(塊誤碼率)?
CFI?Control format indicator（控制格式指示）?
CFO?Carrier frequency offset（載波頻率偏置）?
CRC?Cyclic Redundancy Check（循環(huán)冗余校驗(yàn)碼）?
CRS?Cell specific reference signals（小區(qū)專用參考信號(hào)）?
DAC?Digital to analog converter（數(shù)模轉(zhuǎn)換器）?
DC?Direct current（直流）?
DCI?Downlink control information（下行控制信息）?
DDC?Digital down conversion（數(shù)字下變頻）?
DL?Downlink（下行鏈路）?
DMA?Direct memory access（直接內(nèi)存訪問(wèn)）?
DUC?Digital up conversion（數(shù)字上變頻）?
EEPROM?Electrically erasable programmable read only memory（電可擦寫可編程只讀存儲(chǔ)器）?
FFT?fast Fourier transform（快速傅立葉變換）?
FIFO?First In First Out（先進(jìn)先出）?
FIR?Finite impulse response（有限沖激響應(yīng)）?
FPGA?Field Programmable Gate Arrays（現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列）?
HARQ?Hybrid automatic repeat request（混合自動(dòng)重傳請(qǐng)求）?
IFFT?Inverse Fast Fourier Transform（快速傅立葉逆變換）?
IFO?Integer frequency offset（整數(shù)頻偏）?
I/Q?In phase / quadrature（同相/正交）?
LLR?Log-likelihood ratio（對(duì)數(shù)似然比）?
LSB?Least significant bit（最低有效位）?
LTE?Long term evolution（長(zhǎng)期演進(jìn)）?
MAC?Medium access control layer（媒體訪問(wèn)控制層）?
MCS?Modulation and Coding Scheme（調(diào)制和編碼機(jī)制）?
MSB?Most significant bit（最高有效位）?
OFDM?Orthogonal Frequency Division Multiplexing（正交頻分復(fù)用）?
PBCH?Physical broadcast channel（物理廣播信道）?
PCFICH?Physical control format indicator channel（物理控制格式指示信道）?
PDCCH?Physical downlink control channel（物理下行控制信道）?
PDSCH?Physical downlink shared channel（物理下行共享信道）?
PHICH?Physical hybrid-ARQ indicator channel（物理混合ARQ指示信道）?
PHY?Physical Layer（物理層）?
PRB?Physical resource block（物理資源塊）?
PSS?Primary synchronization signal（主同步信號(hào)）?
QAM?Quadrature Amplitude Modulation（正交振幅調(diào)制）?
QPSK?Quadrature phase-shift keying（正交相移鍵控）?
RF?Radio frequency（射頻）?
RIO?Reconfigurable input / ouput（可重配置輸入輸出）?
RNTI?Radio network temporary identifier（無(wú)線網(wǎng)絡(luò)臨時(shí)標(biāo)識(shí)）?
RX?Receive（接收）?
SDR?Software defined radio（軟件無(wú)線電）?
SSS?Secondary synchronization signal（輔同步信號(hào)）?
TB?Transport block（傳輸塊）?
TDD?Time division duplex（時(shí)分雙工）?
TPC?Transmit power control（發(fā)射功率控制）?
TX?Transmit（發(fā)射）?
UDP?User Datagram Protocol（用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議）?
UE?User equipment（用戶終端）?
UERS?UEspecific reference signals（UE專用參考信號(hào)）?
UL?Uplink（上行鏈路）?
USRP?Universal software radio peripheral（通用軟件無(wú)線電外設(shè)）

6. 下一步

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