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研究生： 許振耀
Chen-Yao Hsu
論文名稱： 以軟體定義無線電平台設計與實現可變訊框架構之LTE MIMO發射機
Design and Implementation of LTE MIMO Transmitter with Variable Frame Structure in the SDR Platform
指導教授： 陳逸民
Yih-Min Chen
口試委員:
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 資訊電機學院 - 通訊工程學系
Department of Communication Engineering
論文出版年： 2024
畢業學年度： 113
語文別： 中文
論文頁數： 112
中文關鍵詞： LTE 、Zedboard 、AD9361 、MIMO 、發射機 、軟體定義無線電
外文關鍵詞： LTE, Zedboard, AD9361, MIMO, Transmitter, SDR
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    • 本篇論文在FPGA平台(Zedboard)搭配RF平台(AD9361)在PYNQ環境下著重於規格3GPP TS 36.211 version 14.2.0 Release 14( LTE;Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA);Physical channels and modulation)實現可變訊框架構之LTE MIMO發射機。

    This paper focuses on implementing a variable Frame structure LTE MIMO transmitter based on the 3GPP TS 36.211 version 14.2.0 Release 14 specification (LTE; Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Physical channels and modulation). The implementation is carried out on an FPGA platform (Zedboard) paired with an RF platform (AD9361) in the PYNQ environment.

    摘要 iv Abstract v 誌謝 vii 目錄 viii 圖目錄 x 表目錄 xiv 第一章 緒論 1 1.1研究動機與背景 1 1.2章節簡介 2 第二章 OFDM系統介紹 3 2.1 OFDM與FDM的差異 3 2.2子載波之間的正交性 3 2.3快速傅立葉轉換(Fast Fourier Transform, FFT) 4 2.3.1頻域抽取-Radix-2架構(DIF-Radix-2) 4 2.3.2頻域抽取-Radix-4架構(DIF-Radix-4) 6 2.3.3頻域抽取-Radix-22架構(DIF-Radix-22) 10 2.4循環前綴(Cyclic Prefix, CP) 12 2.5 多輸入多輸出介紹(Multiple Input Multiple Output, MIMO) 13 第三章 LTE下行鏈路實體層架構介紹 14 3.1 LTE下行鏈路鏈路架構(Downlink Structure)介紹 14 3.1.1訊框雙工類型 14 3.1.2 FDD訊框架構(Frame Structure) 15 3.1.3資源網格(Resource grid) 16 3.2 LTE下行鏈路鏈路實體層通道(Physical Channels)介紹 18 3.2.1下行共享通道(PDSCH) 18 3.2.2群體廣播通道(PMCH) 18 3.2.3廣播通道(PBCH) 18 3.2.4控制格式指示通道(PCFICH) 19 3.2.5下行控制通道(PDCCH) 19 3.2.6混合ARQ指示通道(PHICH) 19 3.3小區識別碼(PCI) 19 3.4 LTE下行鏈路鏈路實體層訊號(Physical signals)介紹 20 3.4.1參考訊號(Reference signal) 20 3.4.2同步訊號(Synchronization signal) 23 第四章 LTE MIMO發射機硬體設計 26 4.1 LTE MIMO發射機硬體架構 26 4.2 FS_Parameter 28 4.3 Decoder and Modulation of PHY_CH & CRS 29 4.3.1 PHY_CH & CRS Decoder 32 4.3.2 PHY_CH & CRS_Modulation 36 4.4 Sync signals傳輸架構 42 4.4.1 PSS Interface & SSS Interface 43 4.5 LTE MIMO Frame Structure module 44 4.6 SCA module 69 4.7 IFFT module 72 4.7.1 Radix-2 73 4.7.2 CORDIC演算法 75 4.7.3 Radix-22 77 4.7.4 BRO module 78 4.8 CPI module 81 第五章 軟體定義無線電平台之實現與驗證 83 5.1 軟體定義無線電平台 83 5.1.1 PYNQ環境 83 5.1.2 FPGA平台 85 5.1.3 RF平台 86 5.2 LTE MIMO硬體資源使用率 87 5.3 LTE MIMO發射機實現與驗證流程圖 88 5.3.1 Hardware in the loop流程圖 88 5.2.2 發射機流程圖 89 5.4 LTE MIMO發射機實現與驗證結果 90 5.3.1 LTE MIMO發射機傳輸速度測試 90 5.3.2 Hardware in the loop 91 5.3.3 發射機實際發射成果 93 第六章 結論 96 參考文獻 97

    [1] LTE ; Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA);Physical channels and modulation(3GPP TS 36.211 version 14.2.0 Release 14)V14.2.0 (2017-04)
    [2] C. Y. LEE, “Design and Implementation of an OFDM MIMO Transceiver with SDR Platform”, National Central University, Master’s thesis, Mar.2022.
    [3] H. C. CHIU, “FPGA Implementation of 5G NR Dual Symbol Period Mode Transmitter”, National Central University, Master’s thesis, Aug.2022.
    [4] Fast Fourier Transform
    https://en.wikipedia.org/wiki/Fast_Fourier_transform
    [5] CORDIC
    https://en.wikipedia.org/wiki/CORDIC
    [6] 4G/LTE-Access Control
    https://sharetechnote.com/html/Handbook_LTE.html
    [7] PYNQ Introduction
    https://pynq.readthedocs.io/en/v2.3/index.html
    [8] LTE resource grid
    https://www.sqimway.com/lte_resource_grid.html

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