基于通用處理器的的lte-pusch解調(diào)和解擾的設(shè)計與實現(xiàn)畢業(yè)設(shè)計論文-全文預(yù)覽

　　

【正文】 碼 序列解擾處理，恢復(fù)原有的信源序列。 解比特加擾模塊 加解擾 的意義 設(shè)計數(shù)字通信系統(tǒng)時，通常假設(shè)信源序列是隨機(jī)序列，而實際信源發(fā)出的序列不一定滿足此條件，尤其出現(xiàn)長 0 串時，給接收端提取定時信號帶來一定困難 。 PUSCH 中（物理 上行 共享信道） 主要采用 QPSK、 16QAM 和 64QAM 三種調(diào)制方式 。 由于原始 符號映射 的關(guān)系 ，可以利用一個最佳 的 簡化式， 即計算每個比特的 LLR值時，只需要考慮包含其 相關(guān)比特信息 的那條軸 。對數(shù)似然比的公式為： 1 0 1 0l n ( / ) l n l nL L R p p p p? ? ?? ? ? ? （式 21） 其中， 0p? 是接收到的星座點是“ 0”的概率之和， 1p? 是接收到的星座點是“ 1”的概率和。 但是 現(xiàn)在廣泛使用的 Turbo 碼和 LDPC 碼的譯碼器需要的輸入是對應(yīng)每個比特取值為 0（或為 1）的概率或者該概率的單調(diào)函數(shù)。但事實上如果解調(diào)器能送給譯碼器一個關(guān)于“調(diào)制器不同輸入符號可能性”的似然信息序列，或未量化的輸出，讓譯碼器將這些信息與編碼信息綜合在一起作出判決，則 系統(tǒng)性能可以得到較大提高。傳統(tǒng)上一般認(rèn)為最佳接收機(jī)應(yīng)設(shè)計為：解調(diào)器首先對調(diào)制輸入符號 做出最佳判決，然后將此硬判決結(jié)果送給譯碼器，譯碼器再對其做一個最佳判決，以糾正解調(diào)器可能發(fā)生的錯誤判決，這樣得到的就是硬判決譯碼。由于通用處理器有自身的運行特點，在做相關(guān)設(shè)計、代碼編寫工作時，需要充分將這些因素 考慮在內(nèi)，形成科學(xué)的設(shè)計思路。 CISC 和 RISC 是 CPU 指令集的兩種架構(gòu)。一顆芯片就能完成。 DSP 為快速處理數(shù)字信號而設(shè)計，結(jié)構(gòu)上數(shù)據(jù)， 地址總線分開，數(shù)據(jù)的吞吐量更大。控制信息與數(shù)據(jù)滿足時分的關(guān)系 。 本選題研 究的 物理上行共享信道（ PUSCH）中解調(diào)和解擾模塊， 就屬于 LTE 系統(tǒng)上行鏈路中 的比特級處理模塊部分。 北京郵電大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 6 第二章 研究內(nèi)容綜述 PUSCH 相關(guān)知識 PUSCH 介紹 物理層技術(shù)是無線通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)與標(biāo)志。 第三章主要 分別介紹兩個模塊相關(guān)的重要前提知識及算法，并給出模塊各自的設(shè)計分析，具體 C 語言的編程實現(xiàn)。 研究 過程中 ，主要圍繞 PUSCH 信道各模塊結(jié)構(gòu)與功能劃分， 在 VC 環(huán)境下用C 語言編程實現(xiàn) 模塊功能，以及在 Linux 系統(tǒng)平臺下測試并優(yōu)化性能等幾個方面進(jìn)行 。 20xx 年 6 月， 3GPP 完成了 LTEA 的技術(shù)需求報告，提出了 LTEA的最小需求：下行峰值速率 1Gbit/s，上行峰值速率 500Mbit/s，上下行峰值頻譜利用率北京郵電大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 5 分別達(dá)到 15Mbit/s/Hz 和 30Mbit/s/Hz。 LTE 在后 3G 時代也將延續(xù) 2G 時期 GSM 的主流地位。薩林 (Arun Sarin)曾在巴塞羅那的移動世界大會表示，該集團(tuán)將與中國移動和 Verizon 攜手推進(jìn) LTE 技術(shù)，LTE 將成為行業(yè)未來發(fā)展的明確方向。T 和 Verizon， Telstra， TeliaSonera等都明確表示將支持 LTE， 并且 Verizon 已經(jīng)加速了 LTE 計劃表，使得時間從原定的20xx 年提前至 20xx 年。 3GPP 于 20xx 年3 月發(fā)布了 LTE R8（ Release8）版本的 FDDLTE 和 TDDLTE 標(biāo)準(zhǔn)， R8 版本為 LTE 標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)版本，原則上已完成了 LTE 標(biāo)準(zhǔn)草案， LTE 進(jìn)入實質(zhì)研發(fā)階段； 于 20xx 年 3月發(fā)布第二版（ Release 9）， R9 版本為 LTE 的增強(qiáng)版本，主要增加了支持多流Beamforming、 eMBMS、 SON、 Home eNB 等新功能。 而 美國高通公司由于在 3G時代占據(jù)了技術(shù)的核心專利， LTE 陣營處心積慮搞OFDM 繞開高通主要技術(shù)，可以肯定高通的地位會比 3G 時代有所削弱；同時，盡管高通的 UMB 技術(shù)乏有問津， 但 該公司 也在 LTE 領(lǐng)域不肯放松，高通在該領(lǐng)域仍 保持收益。 LTE 技術(shù)發(fā)展 情況 概述 目前，移動無線技術(shù)的演進(jìn)路徑主要有三條：一是 WCDMA 和 TDSCDMA，均從HSDPA 演進(jìn)至 HSDPA+，進(jìn)而到 LTE；二是 CDMA20xx 沿著 EVDO ，最終到 UMB（ Motorola 最近提出的新方案是， CDMA20xx 也通過一定方式演進(jìn)到 LTE，3GPP2 也基本放棄了 UMB 的計劃）；三是 的 WiMAX 路線。 由于 LTE重新定義了空中接口和核心網(wǎng)絡(luò)，摒棄了 CDMA技術(shù)而采用 OFDM技術(shù)，只支持分組域，使得 LTE 與已有 3GPP 各版本標(biāo)準(zhǔn)不兼容，現(xiàn)有 3G網(wǎng)絡(luò)很難平滑演進(jìn)到 LTE，如果要部署 LTE 需要大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)升級，部署成本比較高。 LTE 的應(yīng)運而生 要求它必須成為一個有競爭力的 B3G 寬帶無線業(yè)務(wù)提供手段。接入網(wǎng)主要由演進(jìn)型 NodeB(eNB)和接入網(wǎng)關(guān) (aGW)兩部分構(gòu)成。 LTE 采用由 NodeB 構(gòu)成的單 層結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)有利于簡化網(wǎng)絡(luò)和減小延遲，實現(xiàn)了低時延，低復(fù)雜度和低成本的要求。 LTE 系統(tǒng)主要技術(shù)特征 3GPP 對 LTE 項目的工作大體分為兩個時間段： 20xx 年 3 月到 20xx 年 6 月為SI(StudyItem)階段，完成可行性研究報告 ； 20xx 年 6 月到 20xx 年 6 月為 WI(WorkItem)階段，完成核心技術(shù)的規(guī)范工作。因此很多公司實際上將 LTE 干脆看作 B3G 技術(shù) 范疇。在整體系統(tǒng)架構(gòu)方面，和 LTE 相對應(yīng)的系統(tǒng)框架演進(jìn)項目則推出了嶄新的演進(jìn)型分組系統(tǒng)架構(gòu)。 為了使 3GPP 標(biāo)準(zhǔn)相對其他無線標(biāo)準(zhǔn)保持長期的優(yōu)勢， 同時為了滿足新型企業(yè)業(yè)務(wù)需求，第三代合作伙伴計劃（ 3GPP) 在 20xx 年年底 開始不遺余力地投入了 LTE 技術(shù) 的標(biāo)準(zhǔn)化工作。超過現(xiàn)有的有線接入技術(shù)的性能，并且實現(xiàn)降低成本的目標(biāo)。 正當(dāng) 全球微波接入互操作（ WiMAX）技術(shù) 以令人驚訝的速度 迅猛崛起之時，為了和 WiMAX ,Wi2Fi 等新興的無線寬帶技術(shù)競爭 , 提高 3G 在新 興寬帶無線接入市場的競爭力 ， 同時擺脫 Qual 的 CDMA 約束， 在 20xx 年 12月召開的 3GPP RAN 第 26 次全會上， 3GPP 正式通過了 UTRAN 技術(shù)的長期演進(jìn)（ Long term Evolution， LTE）的研究立項， 以實現(xiàn) 3G技術(shù)向 B3G 和 4G的平滑過渡 。 41 后續(xù)研究展望 38 Make File 內(nèi)自帶優(yōu)化 O2 37 合并循環(huán)的 SSE 指令優(yōu)化 35 基本 SSE 指令優(yōu)化 29 16QAM 的 SSE 指令調(diào)序 27 QPSK 的飽和處理 23 優(yōu)化常用工具 VTune 20 解調(diào)模塊功能測試 15 函數(shù)輸入輸出 14 16QAM 軟解調(diào)過程 14 QPSK 軟解調(diào)過程 11 函數(shù)輸入輸出 9 擾碼的產(chǎn)生 8 軟判決與硬判決 8 軟解調(diào)模塊 6 通用處理器相關(guān)概述 5 第二章 研究內(nèi)容綜述 2 LTE 技術(shù)發(fā)展情況概述 1 LTE 項目背景簡介 第四部分主要分析了 模塊的性能，提出了提高模塊性能的可行性方法，并通過實際測試驗證各優(yōu)化方法對模塊性能的影響。本論文主要是在通用處理器平臺上完成解調(diào)和解擾模塊的編程實現(xiàn)，并在不影響其正確率的情況下優(yōu)化程序，達(dá)到提高模塊性能的目的。 作為 “準(zhǔn) 4G技術(shù)”， LTE 已在人們 的 不斷研究中發(fā)展和完善， 成為 3GPP 的主流競爭力 。 為了提高市場競爭力， 20xx 年底， 3GPP 啟動了 LTE 項目。 鑒于 LTEPUSCH 中解調(diào)模塊和解擾模塊都屬于比特級處理部分，算法較為簡單，本課題主要研究了 軟解調(diào)模塊的 簡化算法 及這兩個模塊的 編程實現(xiàn)，并且在多種配置條件下測試其功能 實現(xiàn) 的正確性， 在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步優(yōu)化模塊性能。第三部分研究了軟解調(diào)模塊和解擾模塊的具體設(shè)計思路與實現(xiàn)過程。 1 LTE 系統(tǒng)主要技術(shù)特征 6 PUSCH 相關(guān)知識 8 LogMAP LLR 算法 8 解比特加擾模塊 11 軟解調(diào)模塊具體設(shè)計思路及過程 13 函數(shù)具體實現(xiàn)流程 16 函數(shù)具體實現(xiàn) 23 SIMD 編程及 SSE 指令集概述 26 具體性能分析及優(yōu)化 26 基本 SSE 指令語句優(yōu)化 33 解擾模塊程序優(yōu)化 41 工作總結(jié)及心得體會 41 心得體會 隨著移動通信的蓬勃發(fā)展 , 全球無線通信呈現(xiàn)出移動化、寬帶化和 IP 化的趨勢 , 移動通信行業(yè)競爭日趨激烈。它和 UMB， WiMAX，電氣和電子工程學(xué)會的 移動帶寬頻分雙工 /移動帶寬時分雙工等技術(shù)，由于已經(jīng)具有某些第 4 代通信技術(shù)的特征，甚至可以看作“準(zhǔn) 4G”技術(shù)。由于寬帶無線接入和寬帶移動通信從不同方向向同一市場滲透，使兩種技術(shù)的界線變得越來越模糊，呈現(xiàn)融合的趨勢。在無線接入網(wǎng)（ RAN）結(jié)構(gòu)層面，為了降低用戶面延遲， LTE 取消了重要的網(wǎng)元（ RNC）。也就是說， LTE 系統(tǒng)雖然可以部署于 3G的現(xiàn)有頻譜，但從網(wǎng)絡(luò)側(cè)和終端側(cè)都要做大規(guī)模的更新?lián)Q代。改善了小區(qū)邊緣用戶的性能，提高小區(qū)容量和降低系統(tǒng)延遲。 但經(jīng)過 3GPP 組織的努力， LTE 系統(tǒng)取得的成績也是令人矚目而可喜的。 3GPP 初步確定 LTE 的架構(gòu)也叫演進(jìn)型 UTRAN 結(jié)構(gòu) (EUTRAN)。 Node B 和 Node B 之間將采用網(wǎng)格 (Mesh)方式直接互連，這也是對原有 UTRAN 結(jié)構(gòu)的重大修改 。 在 中，定義了對 LTE 系統(tǒng)的需求指標(biāo) ，主要幾點如下： （ 1） 峰值數(shù)據(jù)速率：峰值數(shù)據(jù)率 20MHz系統(tǒng)帶寬下，下行瞬間峰值速率 100Mbit/s（頻譜效率 5bit/Hz），上行瞬間峰值速率 50Mbit/s（頻譜效率 ） ； （ 2） 頻譜效率：在 真實負(fù)載 的 網(wǎng)絡(luò)中，下行頻譜效率為 R6 HSDPA 的 3~4 倍；上行頻譜效率為 R6 HSUPA 的 2~3 倍； （ 3） 控制面延遲：從駐留狀態(tài)轉(zhuǎn)換到激活狀態(tài)的時延小于 100ms； （ 4） 控制面容量：每個小區(qū)在 5MHz帶寬下最少支持 200 個有效用戶； （ 5） 用戶面延遲：零負(fù)載（單用戶、單數(shù)據(jù)流）、小 IP 分組條件下單向時延小于5ms； （ 6） 用戶吞吐量： 下行每兆赫茲平均用戶吞吐量為 R6 HSDPA 的 3~4 倍；上行 每兆赫茲平均 用戶吞吐量 為 R6 HSUPA 的 2~3 倍 ； （ 7） 移動性：為 0~15km/h 低速移動優(yōu)化， 15~120km/h 高速移動下實現(xiàn)高性能，在 120~350km/h（在某些頻段甚至 應(yīng) 支持 500km/h）下能夠保持 蜂窩網(wǎng)絡(luò)的移動性 ； （ 8）覆蓋： 吞吐率、頻譜效率和移動性指標(biāo)在半徑 5km 以下的小區(qū)中應(yīng)全面滿足，在半徑 30km的小區(qū)中性能可有小幅 下降，不應(yīng)排除半徑達(dá)到 100km的小