LTE基站射频单元数字前端下行链路的设计与研究
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II
万方数据
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第一章 引言 ............................................................ 1 1.1 无线移动通信发展及现状.......................................... 1 1.2 软件无线电的发展和现状 .......................................... 2 1.3 软件无线电在移动通信基站中的应用 ................................ 4 1.4 本文要解决的问题 ................................................ 5
关键词：数字上变频 内插 波峰因子降低 软件无线电 RRU
I
万方数据
ABSTRACT
ABSTRACT
With the rapid development of global information,as well as the rise of multi-media entertainment and the development of online game,the current 2G and 3G telecommunication system can’t meet the requirements of the wideband communication in the future.Therefore,with the increasing demand of wireless broadband ,and mobile communication technology continues to advance,the 4th generation mobile communication system which has high-speed transfer data rate begin to come into people’s vision.
本文先回顾了移动通信和软件无线电的发展，介绍了软件无线电在 RRU 中 的应用。然后对信号采样理论、多速率信号处理、高效的滤波器设计等软件无线 电重要基础理论进行了介绍，接着对数字上变频和削峰的原理进行了详细的描 述。然后基于软件无线电的理论，设计了一个适用于 TDD-LTE 系统的 DUC 和 CFR。先利用 Matlab 对设计中所需的滤波器进行了仿真和设计，然后用 Xilinx 的 System Generator 软件进行模块设计，并进行了仿真验证，最后加载到实际的硬 件系统中进行了验证，验证结果表明设计能够满足实际应用需求。最后对存在的 不足之处进行了讨论。
LTE 被视为是从 3G 向 4G 演进的主流技术。相对于之前的系统，它具有更高 的峰值速率和更低的延时以及更高的频谱利用率。LTE 移动基站一般采取分布式 （MU+RRU）的结构。RRU wenku.baidu.com为基站中的射频单元，在整个基站起着非常重要 的作用。数字中频部分是 RRU 的核心，它不仅要进行数据率的变换，还要通过 一定的技术来提高 PA 的线性度和提升 PA 的效率。数字中频一般由数字上下变 频器（DUC，DDC）、波峰因子降低（CFR）和数字预失真（DPD）组成。本文 将对处于下行链路中的关键部分 DUC 和 CFR 进行研究。高效的 DUC 和 CFR 算 法可以有效提高频带的利用率和抗干扰能力，降低 LTE 系统中的峰均比，有效降 低对功放线性输出能力的要求。
第二章 数字中频的基本原理 .............................................. 7 2.1 信号采样理论.................................................... 7 2.1.1 奈奎斯特采样理论 .......................................... 7 2.1.2 带通信号采样理论 .......................................... 8 2.2 多速率数字信号处理 ............................................. 10 2.2.1 抽取和内插 .............................................. 10 2.3 采样率变换的多级实现........................................... 15 2.4 高效数字滤波器................................................. 15 2.4.1 FIR 滤波器 ............................................... 16 2.4.2 半带滤波器 .............................................. 17 2.4.3 积分梳状滤波器 .......................................... 18 2.5 CORDIC 算法概述 ................................................ 19 2.6 数字上变频理论概述 ............................................. 21 2.7 波峰因子降低理论概述 ........................................... 22 2.7.1 直接限幅法 ............................................... 23 2.7.2 峰值加窗法 ............................................... 24 2.7.3 噪声成形法 ............................................... 25 2.7.4 峰值削减法 ............................................... 25 2.8 本章小节....................................................... 26
LTE is considered as the mainstream technology from 3G to 4G.Compared with the former system,it has the higher data peak-rate,lower lantency and higher spectral efficiency. LTE mobile stations are normally taken by the distributed (MU + RRU) of the structure.RRU as the radio unit, palys an important role in base station.The digital IF part is the core of RRU. which not only convert the data rate, but also through some techniques to linearize the PA and improve the efficiency of PA. the digital IF part is generally component of DUC,DDC,CFR,DPD.the thesis will research the DUC and CFR which is the key part of the down link.the efficient algorithm of DUC and CFR can improve the utilization of spectrum and Anti-jamming capability,and reduce the PAPR in the LTE system.effectively reducing the requirement for PA linearity.
签名：
日期： 年 月 日
关于论文使用授权的说明
本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文
的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁
盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文
的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或
扫描等复制手段保存、汇编学位论文。
成都
（职务、职称、学位、单位名称及地址）
申请专业学位级别 硕士 专业名称 电 路 与 系 统
论文提交日期 2011.3.12 论文答辩日期
2011.5.16
学位授予单位和日期
电子科技大学
答辩委员会主席
评阅人
年月日
注 1：注明《国际十进分类法 UDC》的类号。
万方数据
独创性声明
本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为 获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与 我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的 说明并表示谢意。
This thesis reviews the development of mobile communication and software radio,introduces the the application of software radio in RRU.Then the signal sample theory,multirate signal processing,and efficient filter design of an important foundation for software radio is introduced.followed by the principle of DUC and CFR and a detailed description.Then,based on the theory of software radio,DUC and CFR module which are suitable for TDD-LTE system are designed.Firstly we use matlab to design and simulate the filters.then use System Generator to setup the model.After simulation and verification,the code is self-generated by System Genrator.Then the code is download to FPGA to verify.The result shows that the design of DUC and CFR can meet the requirement of productions .The disadvantage is discussed finally. Key Words: digital up converter, CFR, interpolation, software radio, RRU
论文题目 LTE 基站射频单元数字前端下行链路的设计与研究
学科专业 指导教师 作者姓名 学号
电路与系统 朱 红 副教授
雷洪涛 200820205039
万方数据
分类号 UDC 注1
密级
学位论文
LTE 基站射频单元数字前端下行链路的设计与研究
（题名和副题名）
雷洪涛
（作者姓名）
指导教师姓名
朱红
副教授
电子科技大学
（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）
签名：
导师签名：
日期： 年 月 日
万方数据
摘要
摘要
随着全球信息化步伐的加快，以及多媒体娱乐的兴起和网络游戏的发展，我 们现在所使用的 2G 乃至 3G 系统已经不能满足未来宽带通信的要求。因此在无线 宽带需求不断增加，以及移动通信技术不断进步的情形下，拥有超高速传输速率 的第四代移动通信系统开始逐渐走入人们的视野。
万方数据
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第一章 引言 ............................................................ 1 1.1 无线移动通信发展及现状.......................................... 1 1.2 软件无线电的发展和现状 .......................................... 2 1.3 软件无线电在移动通信基站中的应用 ................................ 4 1.4 本文要解决的问题 ................................................ 5
关键词：数字上变频 内插 波峰因子降低 软件无线电 RRU
I
万方数据
ABSTRACT
ABSTRACT
With the rapid development of global information,as well as the rise of multi-media entertainment and the development of online game,the current 2G and 3G telecommunication system can’t meet the requirements of the wideband communication in the future.Therefore,with the increasing demand of wireless broadband ,and mobile communication technology continues to advance,the 4th generation mobile communication system which has high-speed transfer data rate begin to come into people’s vision.
本文先回顾了移动通信和软件无线电的发展，介绍了软件无线电在 RRU 中 的应用。然后对信号采样理论、多速率信号处理、高效的滤波器设计等软件无线 电重要基础理论进行了介绍，接着对数字上变频和削峰的原理进行了详细的描 述。然后基于软件无线电的理论，设计了一个适用于 TDD-LTE 系统的 DUC 和 CFR。先利用 Matlab 对设计中所需的滤波器进行了仿真和设计，然后用 Xilinx 的 System Generator 软件进行模块设计，并进行了仿真验证，最后加载到实际的硬 件系统中进行了验证，验证结果表明设计能够满足实际应用需求。最后对存在的 不足之处进行了讨论。
LTE 被视为是从 3G 向 4G 演进的主流技术。相对于之前的系统，它具有更高 的峰值速率和更低的延时以及更高的频谱利用率。LTE 移动基站一般采取分布式 （MU+RRU）的结构。RRU wenku.baidu.com为基站中的射频单元，在整个基站起着非常重要 的作用。数字中频部分是 RRU 的核心，它不仅要进行数据率的变换，还要通过 一定的技术来提高 PA 的线性度和提升 PA 的效率。数字中频一般由数字上下变 频器（DUC，DDC）、波峰因子降低（CFR）和数字预失真（DPD）组成。本文 将对处于下行链路中的关键部分 DUC 和 CFR 进行研究。高效的 DUC 和 CFR 算 法可以有效提高频带的利用率和抗干扰能力，降低 LTE 系统中的峰均比，有效降 低对功放线性输出能力的要求。
第二章 数字中频的基本原理 .............................................. 7 2.1 信号采样理论.................................................... 7 2.1.1 奈奎斯特采样理论 .......................................... 7 2.1.2 带通信号采样理论 .......................................... 8 2.2 多速率数字信号处理 ............................................. 10 2.2.1 抽取和内插 .............................................. 10 2.3 采样率变换的多级实现........................................... 15 2.4 高效数字滤波器................................................. 15 2.4.1 FIR 滤波器 ............................................... 16 2.4.2 半带滤波器 .............................................. 17 2.4.3 积分梳状滤波器 .......................................... 18 2.5 CORDIC 算法概述 ................................................ 19 2.6 数字上变频理论概述 ............................................. 21 2.7 波峰因子降低理论概述 ........................................... 22 2.7.1 直接限幅法 ............................................... 23 2.7.2 峰值加窗法 ............................................... 24 2.7.3 噪声成形法 ............................................... 25 2.7.4 峰值削减法 ............................................... 25 2.8 本章小节....................................................... 26
LTE is considered as the mainstream technology from 3G to 4G.Compared with the former system,it has the higher data peak-rate,lower lantency and higher spectral efficiency. LTE mobile stations are normally taken by the distributed (MU + RRU) of the structure.RRU as the radio unit, palys an important role in base station.The digital IF part is the core of RRU. which not only convert the data rate, but also through some techniques to linearize the PA and improve the efficiency of PA. the digital IF part is generally component of DUC,DDC,CFR,DPD.the thesis will research the DUC and CFR which is the key part of the down link.the efficient algorithm of DUC and CFR can improve the utilization of spectrum and Anti-jamming capability,and reduce the PAPR in the LTE system.effectively reducing the requirement for PA linearity.
签名：
日期： 年 月 日
关于论文使用授权的说明
本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文
的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁
盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文
的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或
扫描等复制手段保存、汇编学位论文。
成都
（职务、职称、学位、单位名称及地址）
申请专业学位级别 硕士 专业名称 电 路 与 系 统
论文提交日期 2011.3.12 论文答辩日期
2011.5.16
学位授予单位和日期
电子科技大学
答辩委员会主席
评阅人
年月日
注 1：注明《国际十进分类法 UDC》的类号。
万方数据
独创性声明
本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为 获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与 我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的 说明并表示谢意。
This thesis reviews the development of mobile communication and software radio,introduces the the application of software radio in RRU.Then the signal sample theory,multirate signal processing,and efficient filter design of an important foundation for software radio is introduced.followed by the principle of DUC and CFR and a detailed description.Then,based on the theory of software radio,DUC and CFR module which are suitable for TDD-LTE system are designed.Firstly we use matlab to design and simulate the filters.then use System Generator to setup the model.After simulation and verification,the code is self-generated by System Genrator.Then the code is download to FPGA to verify.The result shows that the design of DUC and CFR can meet the requirement of productions .The disadvantage is discussed finally. Key Words: digital up converter, CFR, interpolation, software radio, RRU
论文题目 LTE 基站射频单元数字前端下行链路的设计与研究
学科专业 指导教师 作者姓名 学号
电路与系统 朱 红 副教授
雷洪涛 200820205039
万方数据
分类号 UDC 注1
密级
学位论文
LTE 基站射频单元数字前端下行链路的设计与研究
（题名和副题名）
雷洪涛
（作者姓名）
指导教师姓名
朱红
副教授
电子科技大学
（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）
签名：
导师签名：
日期： 年 月 日
万方数据
摘要
摘要
随着全球信息化步伐的加快，以及多媒体娱乐的兴起和网络游戏的发展，我 们现在所使用的 2G 乃至 3G 系统已经不能满足未来宽带通信的要求。因此在无线 宽带需求不断增加，以及移动通信技术不断进步的情形下，拥有超高速传输速率 的第四代移动通信系统开始逐渐走入人们的视野。