码元开始发生器 - NI LabVIEW Communications LTE应用架构以及程序测试结果和分析

一旦接收到DAC循环的脉冲，码元开始发生器(Symbol Start Generator)便会针对无线帧中的每个OFDM码元生成脉冲。 接著索引发生器(Index Generator)会针对当前OFDM码元的每个采样点生成时序信息，例如副载波、资源块、OFDM码元和子帧索引。 PDCCH和PDSCH发射器根据系统配置与用户数据使用该信息来生成QAM码元。 脉冲会延迟，直到两个发射器执行结束为止。 之后资源映射器（Resource Mapper）会为类似于接收机链的每个物理信道生成布尔簇。 现在每个信道皆可填充由资源网格生成的QAM码元。 如果当前采样点和该信道无关，则所有信道都必须能够以零填充。 这个行为可使用简易的“或”门逻辑来组合所有信道。

组合所有信道之后，就会插入DC间隔，接著通过IFFT把频域信号转换从时域信号。 信号前缀会附加至IFFT输出端，并且使用FIFO把数据传输至DUC和DAC时钟域。 最后一步就是数字下变频(DUC)，这与NI USRP-RIO数据流项目范例模板所使用的DUC一样， 如图14所示。 此功能会执行数字增益、I/Q失衡修正、频移以及将标准LTE速度(30.72 MS/s)转换成DAC采样率。

图14: 数字上变频程序框图

2.2.1. PDCCH发射器
PDCCH发射器会创建用于PDCCH信道的所有QAM码元。 所包含的模块如图15所示。

一旦接收到码元触发，就会根据主机配置生成DCI消息。 接著执行消息编码并附加CRC。 DCI多路复用器模块会把生成的码元转换为PDCCH信道的正确位置。 接著会对整个信道数据进行加密和交错处理。 将QPSK-Modulation机制应用于码元之后，PDCCH I/Q采样点就会储存在FIFO中，直到通过资源网格生成操作提取出来。

图15: PDCCH发射器程序框图

2.2.2 PDSCH发射器
PDSCH发射器会把主机的用户数据转换成PDSCH信道所需的QAM码元。 这个处理链的程序框图如图16所示。

小型的MAC实现会把专用MAC层头帧添加到每个PDSCH传输块的开头。 剩下的传输块会尽可能使用来自主机FIFO的用户数据进行填充。 必要时还会加入补零位来填满传输块的剩余部分。 PDSCH编码器使用的是Xilinx的LTE DL Channel Encoder。 核心的输出端会根据LTE规格进行加密。 之后再应用QAM调制。 主机的MCS值决定了调制机制。 完成调制之后，PDSCH QAM码元就会进入FIFO并储存在FIFO中，直到被资源网格调用。

图16: PDSCH发射器程序框图

2.3. 时钟考虑
FPGA使用三个主要时钟域： 40MHz、120MHz和192MHz。

配置循环均连接至40MHz时钟域。 配置信息会在执行之前设置好，并在设计的其他地方用作为常数。

所有的LTE基带处理信号都会在192 MHz的时钟速率下运行。 NI USRP-RIO ADC和DAC界面则是在120MHz下运行，此外采样率转换器会创建30.72 MS/s的I/Q数据。 192MHz处理时钟和120MHz数据时钟不会彼此同步，设计时就已经考虑到这两个时钟的差异。在192MHz时钟域中完成的处理操作具有足够的裕量来容许192MHz时钟和120MHz时钟之间的频率差。

下行链路发射机链路使用同步机制来校准基带处理，同时避免在两个时钟域之间传输数据的FIFO下溢或上溢。 120MHz数据时钟用作为绝对时间参考。 每隔10毫秒，120 MHz时钟域就会生成一个触发(针对每一个无线帧)。 这个触发会发送至192MHz处理域，启动新无线帧的创建。 两个时钟域之间的FIFO可确保数字上变频模块保持恒定的数据传输率。

如果用于测试目的，FPGA上有个内部环回FIFO，可绕过RF处理直接将采样点从TX传输至RX进行基带处理。 这个内部环回默认为禁用状态，如有需要可通过主机启用。

3. 主机实现概述

LTE应用架构包含了一个顶层主机VI，用于配置FPGA以及与FPGA交换负载数据。

左上方的指示控件和输入控件均已初始化。 之后就会生成一个会话簇，其中包含所有必要处理的参考信息。 所有While循环在执行期间都会使用这个会话簇来交换数据或访问FPGA资源。 只要按下Stop按钮或出现错误，所有的While循环都会停止运行，会话中的所有处理操作都会关闭。

可能的参数设置请查看项目的文档，只要在LabVIEW Communications中创建一个LTE应用架构例程，即可获得该文档。 主机VI包含了七个主要的独立循环，接下来会逐一说明。

图17: Host Top-Level VI程序框图

4. 结论

LabVIEW Communications LTE应用架构1.0提供了两个在NI SDR硬件上运行的站点之间的实时802.11链路。此应用架构通过利用现有链路和只需修改或添加所需部分，可帮助用户专心于特定领域的研究。

基于LabVIEW的灵活性和该框架的模块化特性，用户可轻松互换设计的某些部分，以便针对未来的无线系统开发新的算法除此之外，由于LabVIEW固有地连接了主机和FPGA，设计还可进行分区，以便充分利用FPGA的并行执行功能和主机的计算性能。

此设计随附的FPGA位文件提供了完整功能，并且可支持有或者无RF的测试模式。 此外，还可以使用外部RF设备，例如NI 5644R矢量信号收发器来仿真干扰现象和各种信道条件。

这个应用架构为无线研究和原型开发提供了丰富的起点。 立即下载LabVIEW Communications评估版： ，开始您的开发。

如有问题， 请发送电子邮件至 [e-mail] 。

5. 缩略词表3GPP 3rd Generation Partnership Projects（第三代合作伙伴项目） 

ADC Analog to digital converter（模数转换器） 
AGC Automatic Gain Control（自动增益控制） 
AP Acess port（无线访问节点） 
BLER Block error rate(块误码率) 
CFI Control format indicator（控制格式指示） 
CFO Carrier frequency offset（载波频率偏置） 
CRC Cyclic Redundancy Check（循环冗余校验码） 
CRS Cell specific reference signals（小区专用参考信号） 
DAC Digital to analog converter（数模转换器） 
DC Direct current（直流） 
DCI Downlink control information（下行控制信息） 
DDC Digital down conversion（数字下变频） 
DL Downlink（下行链路） 
DMA Direct memory access（直接内存访问） 
DUC Digital up conversion（数字上变频） 
EEPROM Electrically erasable programmable read only memory（电可擦写可编程只读存储器） 
FFT fast Fourier transform（快速傅立叶变换） 
FIFO First In First Out（先进先出） 
FIR Finite impulse response（有限冲激响应） 
FPGA Field Programmable Gate Arrays（现场可编程门阵列） 
HARQ Hybrid automatic repeat request（混合自动重传请求） 
IFFT Inverse Fast Fourier Transform（快速傅立叶逆变换） 
IFO Integer frequency offset（整数频偏） 
I/Q In phase / quadrature（同相/正交） 
LLR Log-likelihood ratio（对数似然比） 
LSB Least significant bit（最低有效位） 
LTE Long term evolution（长期演进） 
MAC Medium access control layer（媒体访问控制层） 
MCS Modulation and Coding Scheme（调制和编码机制） 
MSB Most significant bit（最高有效位） 
OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing（正交频分复用） 
PBCH Physical broadcast channel（物理广播信道） 
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（物理层） 
PRB Physical resource block（物理资源块） 
PSS Primary synchronization signal（主同步信号） 
QAM Quadrature Amplitude Modulation（正交振幅调制） 
QPSK Quadrature phase-shift keying（正交相移键控） 
RF Radio frequency（射频） 
RIO Reconfigurable input / ouput（可重配置输入输出） 
RNTI Radio network temporary identifier（无线网络临时标识） 
RX Receive（接收） 
SDR Software defined radio（软件无线电） 
SSS Secondary synchronization signal（辅同步信号） 
TB Transport block（传输块） 
TDD Time division duplex（时分双工） 
TPC Transmit power control（发射功率控制） 
TX Transmit（发射） 
UDP User Datagram Protocol（用户数据报协议） 
UE User equipment（用户终端） 
UERS UEspecific reference signals（UE专用参考信号） 
UL Uplink（上行链路） 
USRP Universal software radio peripheral（通用软件无线电外设）

6. 下一步

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