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LTE基礎知识与测试分析.docx 21页
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LTE基礎知识与测试分析
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LTE基础知识LTEUu接口协议Uu口是UE与eNodeB之间的空中接口，粗略分为PHY（L1，物理层）、DLL(L2，数据链路层)、NL(L3，网络层)。层一的主要功能是提供两个物理实体间的可靠比特流的传送。层二的主要功能是信道的复用、数据格式的封装、数据包调度。层三的主要功能是寻址、路由选择、连接的建立和控制、资源的配置策略等LTE接口协议不仅分层还要分面。从信息处理的类型不同，分为用户面协议和控制面协议。用户面负责业务数据的传送和处理，控制面负责协调和控制信令的传送和处理。二者都是逻辑上的概念。下图为Uu口协议结构LTE中主要的系统消息有兴趣的同事可以深入研究一下LTE系统消息。详细的系统消息参数见附件：TDD与FDD比较TDD：共同的频率，不同的时间时分双工。优点：支持两个方向上的出入，节约通道资源=节约频率资源，提高频谱利用率；不足之处：精确安排好出入人员的时间，一旦时间安排出错，进出的员工在同一通道相互影响（交叉时隙干扰））FDD：共同的时间，不同的频率。FDD在两个分离的、对称的频率信道上分别进行接收和发送。必须采用成对频率区分上下行链路，还要有保护频段。FDD的上下行在时间上是连续的，可以同时接收和发送数据。针对以上情况所以LTE规定了两种不同的帧结构FDD帧结构与TDD帧结构。LTEFDD与LTETDD帧结构的差别：主要的不同在物理层（PHY）的实现上，其他像MAC（媒质接入控制）/RLC（无线链路控制）区别不是很大，更高层几乎没有区别。这就如同一个人一样FDD与TDD则为两个不同的下肢，他们拥有共同的上肢。FDD频分复用，需要成对的频率，而TDD时分双工不需要成对的频率，TDD的上下时间间隔可以灵活的调整，所以可以在支持非对称业务的时候，频谱效率具有很大的优势，FDD在支持对称业务的时候，能充分的利用上行的频谱，频谱效率很高?FDD缺点TDD优点对频带的要求上下行成对频率，需要保护带频率配置灵活，无须成对频率频谱效率较低较高非对称业务的支持非对称业务效率低支持非对称业务智能天线的支持不支持支持非对称业务?FDD优点TDD缺点抗干扰性强较差覆盖性能大范围小范围对同步的要求不严格严格要求同步移动性的支持500KM/H120KM/HPS:对称业务：上行速度和下行速度一样，就是上传文件和下载文件的速度一样非对称业务：上行速度和下行速度不一样，就是上传文件64K和下载文件的速度2MLTE支持：1.4MHz、3MHz、5MHz、10MHz、15MHz、20MHz多种不同的带宽配置。支持700MHz---2.6GHz等多种频段。协议规定了LTE系统工作频段有41个，每个频段都有一个编号和一定的范围。其中1~29为FDD频段，33~44为TDD频段。FDD帧结构FDD模式下，10ms的无线帧被分为10个子帧,每个子帧包含两个时隙，每时隙长0.5ms。TDD帧结构TDD模式下，每个10ms无线帧包括2个长度为5ms的半帧，每个半帧由4个数据子帧和1个特殊子帧组成。特殊子帧包括3个特殊时隙：DwPTS，GP和UpPTS，总长度为1ms。DwPTS和UpPTS的长度可配置，DwPTS的长度为3～12个OFDM符号，UpPTS的长度为1～2个OFDM符号，相应的GP长度为1～10个OFDM符号。LTE支持5ms和10ms上下行切换点。对于5ms上下行切换周期，子帧2和7总是用作上行。对于10ms上下行切换周期，每个半帧都有DwPTS；只在第1个半帧内有GP和UpPTS，第2个半帧的DwPTS长度为1ms。UpPTS和子帧2用作上行，子帧7和9用作下行作为TDD系统的一个特点，时间资源在上下行方向上进行分配，TDD帧结构支持7种不同的上下行时间比例分配（配置0~6），可以根据系统业务量的特性进行配置，支持非对称业务。这7种配置中包括3种5ms周期和4种10ms周期LTE中物理资源的基本概念和说明RE（ResourceElement）资源元素，或资源粒子。是LTE物理资源中最小的资源单位；在时域上占用1个OFDMSymbol（1/14ms），频域上为1个子载波（15KHz）。平常所说的符号，即调制后的数据符号，是映射到RE上的，与OFDM符号是两个不同的概念；RB（ResourceBlock），资源块。1RB=72RE。在频域上为1个timeslot（0.5ms，半个子帧时间长度，常规CP对应7个OFDM符号），在频域上为12个子载波（180KHz）。通过RB的时频域不难看出，1RB=72RE。RB有两个概念PRB（物理资源块）和VRB（虚拟资源块）。SB（SchedulingBlock），调度块。1SB=2RB。是调度的最小单位。在时域上是1个子帧长度（1ms，14个OFDM符号，2个RB时域长度），在频域上，与RB频域宽度相同为1
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已解决问题
[求助]关于LTE物理层的一些基本概念&&
提问时间： 15:05
几乎看到的所有的资料中都说的是，固定每子载波带宽为15K。严格的讲这里指的应该是子载波间隔的宽度是15KHz吧？那么子载波的带宽应该是多少呢？采样信号的带宽是30.72MHz，这个是怎么算出来的？
&& &最佳答案
1、在OFDM里，子载波带宽其实不是一个很严谨的说法，比较严谨应该说是子载波间隔，间隔是15K，很多人也把这个15K看作了子载波的宽度，后者其实从工程意义上说似乎也没有什么问题。
2、30.72M的采样频率，不是一个原始的输入参数，对于一个移动通信系统来说，起始的关键原始参数只有3个：
1）系统的射频工作带宽：如20M，注意不是基带的信道带宽
2）系统所需要应对的最大时延扩展是多少：这个与环境和蜂窝大小有关；
3）系统所需要支持的终端最大移动速度是多少
2）点对符号时间的选择有着至关重要的影响；3）对子载波间隔的选择有非常重要的影响；
而对于OFDM来说，其关键的数学特征之一是：符号时间×子载波间隔＝1
所以2）与3)要联动综合考虑并平衡，最终选择一个比较合适的符号时间也即子载波间隔。
3、对于依靠IFFT/FFT来实现OFDM的系统来说，采样频率是这样确定的：
采样频率＝N×子载波间隔，N为不小于系统射频工作带宽/子载波间隔的最小2的次幂；
如：20M/15K＝1333，则不小于1333的最小2的次幂是2048；
所以采样频率＝2048×15K＝ 30.72M。
通过上述方式确定的采样频率肯定不会违反naikuisite采样定理。
呵呵，欢迎指正。
回答时间： 09:53
其他答案 (&5&条&)
<div class="f14
" id="a1协议里边说：一个RB，频域上包含12个子载波，共180Khz，这样算下来每个子载波宽度也是15kHz，那子载波的带宽也是15KHZ。
"采样信号的带宽是30.72MHz"这时系统设计确定的，是初始变量。
ls高手，简单明了！
采样信号的带宽是30.72MHz，这个是怎么算出来的？
FFT去CP后，有2048个子载波，子载波间隔15K，所以信号最大带宽为.72M，
根据奈奎斯特抽样定律，采样率为2*（30.72M/2）= 30.72M
学习了，很有用啊，看来还要在看看OFDM的原理 了:)　　摘 要：射频单元和数字前端链路是信号从射频到基带转换的关键部分。本文中，笔者研究了LTE终端的前端链路的基本工作原理，" />
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LTE终端射频单元和数字前端上行链路的设计与研究
2016年1期目录
&&&&&&本期共收录文章20篇
　　摘 要：射频单元和数字前端链路是信号从射频到基带转换的关键部分。本文中，笔者研究了LTE终端的前端链路的基本工作原理，并给出了一种具有实用价值的设计思路，并利用软件无线电技术针对终端上行链路进行了实现，相较以往的无线通信技术，其具有更高的数据峰值速率和更低的数据延时及更理想的频谱利用率，可显著提高系统性能，降低开发的复杂度。 中国论文网 /9/view-7365094.htm　　关键词：LTE 射频单元 数字前端 　　中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：（8-03 　　1 引言 　　LTE分为TDD-LTE（时分双工）和FDD-LTE（频分双工）两种制式，FDD是在无线通信频带上寻找两个对称的频率分别进行数据的发射和接收，发射通道和接收通道之间使用保护频带进行隔离，其资源的分配在时间上是连续的。TDD模式的上/下行通信工作在同一个频段上，其接收信道和发射信道占据一个无线帧的不同时隙，分别用于上/下行数据的传输，为保证与基站之间的协同工作，需要专门的保护时隙来分离上/下行时隙[1]。 　　软件无线电作为一种通用、模块化的硬件平台，通过数字逻辑编程的方式实现无线电通信各种功能。LTE系统中的数字下变频技术（DDC）、数字上变频技术（DUC）、多数据率信号处理技术和数字预失真技术（DPD）等都是软件无线电技术的核心，通过这些技术科获得较高的正交信道一致性，较低的基带信号处理速率，简化硬件平台的设计复杂度，因此软件无线电技术是无线通信系统从模拟走向数字化的一次飞跃[2]。 　　本文首先对无线通信收发信机集中常见的结构进行介绍，然后重点对射频前端和数字前端设计进行介绍和分析，并对LTE终端数字上行链路的DUC技术进行计算和仿真。 　　2 前端电路的概念和设计 　　在当前实际的软件无线电系统中，经过天线接收到的射频信号还需经过上/下变频处理转化为基带信号后，才能送入基带处理模块进行分析和运算。因此，将天线端到基带处理之前的所有信号信号处理统称为“前端”。在物理分布上，前端是位于天线端或靠近天线的特定射频和数字处理电路，并将数字信号传送到后续处理模块[2]。前端电路主要由模拟前端（AFE）和数字前端（DFE）两部分组成，其中，模拟前端的功能主要有射频放大、模块滤波、模拟下变频，而数字前端的功能是模数和数模转换、数字滤波、数字下变频、信号速率转换等，数字前端是模拟域和基带处理模块的桥梁和纽带。其基本结构图如图1所示。 　　从功能上讲，可以将前端的功能归纳为： 　　1.数字化，把模拟信号转化为数字信号； 　　2.信道化，把感兴趣的信道从射频下变频到基带，并滤除信道干扰和尽可能地匹配滤波； 　　3.采样速率变换，将信号采样率降低到最小程度，以降低后端的信号处理难度和硬件实现成本。 　　3 LTE终端的系统架构 　　LTE终端的系统架构如图2所示，共包含基带单元和射频单元两个大的实体，主要完成收发射单板上数字前端的设计和实现，具体实现的功能如下： 　　信号的上下变频以及相应的信号调理的实现方式可采用分离器件搭建或集成芯片（如AD9361）。分离器件方案技术指标比较容易满足，调试手段灵活，可定制化程度高（如特殊频段的抗干扰需求）但电路调试难度较集成芯片方案大，可靠性略低；集成芯片方案的开发难度低、周期短，能满足通用的功能验证需求，但无法定制化。 　　1.FPGA，负责时钟同步、编码解码、调制解调、数字上/下变频（DUC/DDC）、数字预失真（DPD）、收发信机控制、资源映射等功能； 　　2.发信机，负责模拟信号的上变频、滤波、功率控制等功能； 　　3.收信机，负责模拟信号的下变频、滤波、自动增益控制（AGC）等功能； 　　4.频钟，提供高稳中射频本振和数字时钟； 　　5.对于FDD模式采用双工器，负责将上下行两路信号合为一路接入天线，并提供上下行信号的隔离和频段外的抑制，对于TDD模式采用收发开关实现双工； 　　6.射频开关，切换多种滤波器，兼容TDD/FDD。 　　3.1发射机电路结构 　　本设计发射机采用零中频方案，零中频发射机又称为直接变换发射机，如图5所示，基带信号处理器输出的正交数字基带I/Q信号，随后输出给DAC变换成模拟基带信号，经过低通滤波器滤除镜像信号后再与正交射频本振混频直接转换成射频调试实信号，通过带通滤波器和功率放大器输出[4]发射机电路架构（如图3所示）。该方案具有结构简单、实现难度低的优点，但是在实现中需要注意I/Q平衡、本振泄露等问题。 　　3.2收信机电路结构 　　本设计收信机采用数字中频接收机方案，该方案属于超外差接收机和零中频接收的折中方案，具有结构简单、指标好的优点，但是在实现中需要注意该方案对ADC有采样速度高、分辨率高、噪声低、动态范围大等要求。超外差式数字中频接收机采用超外差技术获得模拟中频信号后，然后通过A/D转换得到数字中频信号，再进行正交分解，最后通过低通滤波器获得数字基带I/Q信号。正交解调器所采用的数字化技术在解调过程中实现的是一个单一频谱位置的变化过程，因此数字正交解调器也被称为数字下变频器（DDC）[3]收信机电路架构（如图4所示）。 　　3.3 数字前端链路设计架构 　　由于LTE终端需要有极高的实时性要求，针对每个子帧的解调时间需控制在1ms以内，因此需要在逻辑设计过程中选择经过严格验证的IP核和高速接口的FPGA器件，以满足高速实时性的要求，其架构（如图5所示）。 　　FPGA单元的主要功能模块如下： 　　1.DDC：数字下变频，用于将数字中频信号转换为基带数字I、Q信号； 　　2.DUC：数字上变频，用于将基带数字I、Q信号转换为数字中频信号；
　　3.DPD：数字预失真，用于提高功放的线性化指标； 　　4.收发控制模块：分时完上下行收发链路模块的控制使能； 　　5.基带信号传输链路：使用PCI-E总线完成与外部基带处理单元的数据通信； 　　6.AD/DA控制模块：将CPU的控制数据通过专用数据接口完成FPGA、ADC、DAC的控制与匹配； 　　7.时钟管理单元，恢复出的同步时钟由于相噪较差，需要通过频种单元处理后送回时钟管理单元，然后作为系统时钟，供各模块使用[6]。 　　4 数字前端上行链路的设计和实现 　　数字前端上行链路的主要器件是数字上变频器（DUC），其将基带信号调制成带通信号的过程需要进行频谱搬移，一般在FPGA内部实现。本设计采样零中频方案，可最大程度的抑制镜像分量干扰，只需要进行数字滤波器和内插器的设计，3GPP标准规定TDD-LTE单载波20M带宽的基带采样率为30.72Msps，经4倍内插之后变换为122.88Msps，再送入DAC中完成数模转换[3]。典型的TDD-LTE单载波20M带宽信号（如图6所示）： 　　本设计的DUC模块逻辑设计如图7所示： 　　4.1数字滤波器的设计 　　基带信号先通过一个通道滤波器进行频谱整形，然后送入两级内插滤波器转换到所需的采样率。通道滤波器主要完成频谱整形的作用，对通道外的信号功率进行抑制，因此边带陡峭和大的阻带衰减是通道滤波器的设计目的，同时对带内信号的通带纹波需要尽量的小，一般采用FIR滤波器实现。内插滤波器的内插引自是2的幂次方[4]，特别适合使用半带滤波器完成设计。 　　4.1.1通道滤波器设计 　　根据3GPP协议的要求，20MHz的单载波信号，其有用带宽为18MHz，因此设计一个低通滤波器，其截至频率fstop=10MHz，通带频率fpass=9MHz，通带纹波=0.05dB，采样速率为30.72MHz，阻带衰减=80dB。根据上述参数，使用Matlab的FDATOOL工具，运用等波纹法完成完成FIR通道滤波器设计[4]，其频域相应（如图8所示）： 　　4.1.2 内插滤波器设计 　　本设计采用半带滤波器完成内插滤波器的设计，半带滤波器也是FIR滤波器的一种变形，由于其冲激响应除了在零点不为零之外，在其他的偶数点全为零，所以可以用半带滤波器来实现2被采样率的变换，节约FPGA中一半的DSP运算资源[5]。如图所示，将内插滤波器分为两级，每级完成2倍的内插。第一级半带滤波器通带纹波=0.05dB，通带频率fpass=10MHz，采样率=61.44Msps，第二级半带滤波器的通带纹波=0.05dB，通带频率fpass=10MHz，采样率=122.88Msps[6]。使用Matlab的FDATOOL工具，运用等波纹法完成实际设计。第一级和第二级半带滤波器的频域相应（如图9、图10所示）： 　　由以上的仿真结果可知，20MHz的LTE信号经过DUC的通道滤波器后，采样率速率不变；在经过第一级半带滤波器后，信号的采样速率变为61.44Msps，再经过第二级半带滤波器后，信号的采样速率变为输入信号的4倍，同时阻带纹波没有超出指标，整体设计基本满足设计要求。 　　5 结语 　　本文主要介绍了LTE终端设备的数字前端电路的主要结构，并介绍了一种的LTE终端设备的数字前端电路中的主要功能模块设计思路，同时给出了该方案中数字上行链路的仿真结果，具有一定的理论研究和实际应用意义。 　　参考文献： 　　[1]李春雨.TD-LTE分布式基站多天线射频拉远单元数字前端 　　的设计.电子科技大学，1-4，7-12. 　　[2]史治国，洪少华，陈抗生.基于Xilinx FPGA的OFDM通信系统基带设计.浙江大学出版社. 　　[3]Asad A Abidi.Direct-Conversion Radio Transceivers for Digital Communication[J].IEEE Journal of Soild-State Circuits，1995（12）：. 　　[4]孙琛.基于FPGA的数字下变频的设计和实现[D].信息系统过程，-21. 　　[5]雷洪涛.LTE基站射频拉远单元数字前端下行链路的设计与 　　研究[D].电子科大学，21-25. 　　[6]闫涛.软件无线电数字下变频模块研究及FPGA实现[D].合肥工业大学，13-16. 　　作者简介：徐恒（1981年-），女，四川航天职业技术学院讲师，大学本科，研究方向：工业工程。
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这是欠采样，会有混叠，但是仍然可以得到信号的全部信息；反正理论是这么说的
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20M是它的理论带宽，实际上只有中间的那部分宽带是有功率的，所有真正的有效带宽并没有到20M,因此用30.72去采20M的带宽，混叠的部分是在无效带宽部分。
经验102 分贝0 家园币477 在线时间：348 小时最后登录：帖子：精华：0注册时间：UID：739700
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信号带宽2048个子载波*15kHZ=30.72MHZ, 根据抽样定理不就刚好么！
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大家混淆了时域采样与频域采样的概念，奈奎斯特采样定理写得很清楚了。
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