亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        LTE-Advanced空口監(jiān)測儀表系統(tǒng)設(shè)計

        2015-10-20 09:13:38付沛可張治中
        電視技術(shù) 2015年15期
        關(guān)鍵詞:空口板卡基帶

        付沛可,張治中,賀 姿

        (1.重慶郵電大學(xué)通信網(wǎng)與測試技術(shù)重點實驗室,重慶400065;2.民航東北地區(qū)空中交通管理局技術(shù)保障中心,遼寧沈陽100169)

        隨著通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展與融合,無線寬帶移動通信成為可能,在任何時間、任何地點、與任何人、以任何方式進行信息交換,成為人類通信的最終訴求,長期演進(Long Term Evolution,LTE)應(yīng)運而生了。作為全新的移動通信技術(shù),LTE的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)[1]發(fā)生了較大變化,其扁平化結(jié)構(gòu)導(dǎo)致傳統(tǒng)的信令采集點消失了,需從Uu口(UE與UTRAN通信的空中接口)采集空口信令。結(jié)合核心網(wǎng)的信令分析系統(tǒng),實現(xiàn)LTE端到端的空口信令分析,研發(fā)新型LTE網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測和分析儀表,是當(dāng)前LTE測試儀表研發(fā)的難點,也是運營商的迫切需求。

        1 系統(tǒng)總體設(shè)計

        LTE-Advanced(LTE的演進技術(shù))空口端到端分布式監(jiān)測儀表,支持3GPP規(guī)定的全部TD-LTE和LTE FDD頻段,支持射頻全部帶寬設(shè)置,支持 PHY,MAC,RLC,PDCP,RRC 和NAS控制面協(xié)議棧,及 PHY,MAC,RLC,PDCP,IP,應(yīng)用用戶面協(xié)議棧監(jiān)測和跨層多段多協(xié)議關(guān)聯(lián)分析,并支持LTE-Advanced的增強特性,以監(jiān)測多用戶的業(yè)務(wù)建立、信令過程和數(shù)據(jù)流量,分析用戶業(yè)務(wù)行為及網(wǎng)絡(luò)問題。

        1.1 物理架構(gòu)

        LTE-Advanced空口協(xié)議監(jiān)測儀表采用MAC層聚合的設(shè)計方式。多張L1層的“射頻和基帶板卡”通過PCIE 2.0 X1接口與L2、L3層的“協(xié)議板板卡”相連接;“協(xié)議板板卡”通過PCIE 2.0 X2接口與“核心板板卡”相連接;便攜式計算機或平板PC通過有線或者無線網(wǎng)絡(luò)的方式訪問LTE-Advanced空口協(xié)議監(jiān)測儀表。LTE-Advanced空口監(jiān)測儀表具體物理 架構(gòu)如圖1所示[2]。

        圖1 LTE-Advanced空口協(xié)議監(jiān)測儀表物理架構(gòu)

        圖1 所示的儀表結(jié)構(gòu)主要由5個部分組成,板卡功能介紹如下:

        1)射頻和基帶板板卡:采集射頻數(shù)據(jù),將射頻的原始數(shù)據(jù)(IQ數(shù)據(jù))恢復(fù)成比特流數(shù)據(jù);通過NGFF接口存儲原始數(shù)據(jù);將比特流數(shù)據(jù)封裝成PCIE 2.0協(xié)議幀;通過PCIE 2.0 X1接口將PCIE 2.0協(xié)議幀發(fā)送到“協(xié)議板板卡”進行處理。

        2)協(xié)議板板卡:對 LTE-Advanced的 MAC層、RLC層、PDCP層進行協(xié)議關(guān)聯(lián)和分析處理。

        3)核心板板卡:系統(tǒng)的中央處理器,實現(xiàn)RRC層、NAS層等控制面的協(xié)議分析,實時跟蹤監(jiān)測多用戶的業(yè)務(wù)建立、信令過程和數(shù)據(jù)流量,分析用戶業(yè)務(wù)行為以及網(wǎng)絡(luò)問題。

        4)便攜式計算機或平板PC:人機交換平臺,通過Web等形式向用戶展示分析、處理后的數(shù)據(jù)。

        5)機箱背板:對PCIE 2.0接口進行關(guān)聯(lián),進行數(shù)據(jù)信息的傳遞。

        物理層面,儀表接收和處理數(shù)據(jù)信息的步驟有如下4步,主要結(jié)合硬件結(jié)構(gòu)進行說明:

        步驟1,“射頻和基帶板卡”將天線接收的射頻原始數(shù)據(jù)恢復(fù)成比特流數(shù)據(jù),并將比特流數(shù)據(jù)封裝成PCIE 2.0協(xié)議幀,送往機箱背板;

        步驟2,“協(xié)議板板卡”接收“機箱背板”傳送來的PCIE 2.0協(xié)議幀,對PCIE 2.0協(xié)議幀進行解幀處理,并依據(jù)LTEAdvanced的協(xié)議棧體系結(jié)構(gòu)形式,實現(xiàn)MAC層的載波調(diào)度、解復(fù)用,實現(xiàn)RLC層進行級聯(lián)、ARQ處理和PDCP層的解密、頭解壓處理,將LTE-Advanced的比特流數(shù)據(jù)恢復(fù)成TCP/IP數(shù)據(jù)包,同時,將TCP/IP數(shù)據(jù)包封裝成PCIE 2.0協(xié)議幀并送往“核心板板卡”;

        步驟3,“核心板板卡”接收“機箱背板”傳送來的經(jīng)過“協(xié)議板板卡”處理的PCIE 2.0協(xié)議幀,并對PCIE 2.0協(xié)議幀進行解幀處理,恢復(fù)成TCP/IP數(shù)據(jù)包,實時跟蹤監(jiān)測多用戶的業(yè)務(wù)建立、信令過程和數(shù)據(jù)流量,分析用戶業(yè)務(wù)行為以及網(wǎng)絡(luò)問題;

        步驟4,便攜式計算機或平板PC通過有線或無線網(wǎng)絡(luò)訪問LTE-Advanced空口協(xié)議監(jiān)測儀表,以網(wǎng)頁等形式,向用戶展示分析、處理的數(shù)據(jù)。

        1.2 邏輯架構(gòu)

        LTE-Advanced空口監(jiān)測儀表的邏輯功能如圖2所示[3]。PHY層對應(yīng)物理架構(gòu)中的“射頻和基帶板卡”的功能;MAC層、RLC層和PDCP層對應(yīng)物理架構(gòu)中的“協(xié)議板板卡”功能;IP分組包對應(yīng)物理架構(gòu)中的“核心板板卡”功能。

        圖2 LTE-Advanced空口協(xié)議監(jiān)測儀表邏輯架構(gòu)(下行鏈路)

        由邏輯架構(gòu)圖可知空口協(xié)議棧主要由4層協(xié)議組成,由上到下每一層的功能如下:

        1)分組數(shù)據(jù)匯聚協(xié)議PDCP層[4]進行IP包頭解壓縮;IP包頭解壓縮機制采用穩(wěn)健的頭解壓縮算法(ROHC);PDCP還負責(zé)控制平面的解密、傳輸數(shù)據(jù)的完整性保護,以及針對切換的按順序發(fā)送和復(fù)本刪除。

        2)無線鏈路控制RLC層[5]負責(zé)分割/級聯(lián)、重傳控制、重復(fù)檢測和序列傳送到更上層;RLC以無線承載的形式向PDCP提供服務(wù)。

        3)媒體接入控制MAC層[6]控制邏輯信道的解復(fù)用、混合ARQ重傳(HARQ)下行鏈路的調(diào)度;HARQ協(xié)議部分位于MAC協(xié)議的發(fā)射和接收結(jié)束;MAC以控制信道的形式為RLC提供服務(wù)。

        4)物理PHY層管理解碼、解調(diào)、多天線和資源映射以及其他典型的物理層功能,物理層以傳輸信道的形式為MAC層提供服務(wù)。

        邏輯層面,協(xié)議棧解析數(shù)據(jù)包的過程有以下4個步驟:

        步驟1,LTE-Advanced空口協(xié)議監(jiān)測儀從多個載波分量上接收射頻端傳輸過來的IQ數(shù)據(jù);進行多天線和資源映射的MIMO解碼、數(shù)據(jù)解調(diào)和信道解碼等操作;將空口原始數(shù)據(jù)恢復(fù)成比特流數(shù)據(jù),并傳送至MAC層。

        步驟2,MAC層接收多個載波分量的比特流數(shù)據(jù)[7],根據(jù)PSS(主同步信號)和SSS(輔同步信號)相關(guān)的內(nèi)容,對載波分量的比特流數(shù)據(jù)進行解復(fù)用操作,剝離MAC首部;將MAC PDU(協(xié)議數(shù)據(jù)單元)恢復(fù)成一個個MAC SDU(服務(wù)數(shù)據(jù)單元),并傳輸至RLC層。

        步驟3,RLC層對MAC傳送過來的RLC PDU進行RLC首部剝離操作,通過級聯(lián),形成適當(dāng)大小的RLC SDU,并傳輸至PDCP層;RLC層還控制錯誤接收的RLC PDU的重傳,去除重復(fù)的RLC PDU。

        步驟4,PDCP層接收RLC層傳輸來的PDCP PDU數(shù)據(jù),剝離PDCP首部,將PDCP PDU恢復(fù)成合適的PDCP SDU數(shù)據(jù);并對PDCP SDU進行解密和頭解壓操作,恢復(fù)成IP數(shù)據(jù)包,以供上層應(yīng)用軟件分析和處理。

        由于LTE-Advanced空口協(xié)議監(jiān)測儀表主要在于實時跟蹤監(jiān)測多用戶的業(yè)務(wù)建立、信令過程、數(shù)據(jù)流量、分析用戶業(yè)務(wù)行為和網(wǎng)絡(luò)問題,不需要主動發(fā)包測試LTE網(wǎng)絡(luò)的性能,因此諸如HARQ等相關(guān)內(nèi)容可以不考慮。

        2 射頻和基帶板卡設(shè)計

        2.1 FPGA硬件設(shè)計

        該設(shè)計為片上系統(tǒng)SOPC方案,通過在ZC7030/ZC7045內(nèi)嵌的雙核ARM上搭載嵌入式Linux操作系統(tǒng)來配置AD936X芯片、FPGA的邏輯,通過USB/串口來調(diào)試系統(tǒng),并通過嵌入式Linux操作系統(tǒng)的根文件系統(tǒng)(如xfs、ext4等)來管理IQ數(shù)據(jù)存儲。

        LTE空口數(shù)據(jù)通過AD936X芯片[8]轉(zhuǎn)換為IQ數(shù)據(jù)。IQ數(shù)據(jù)通過LVDS接口傳遞到FPGA芯片上。FPGA將IQ數(shù)據(jù)復(fù)制成2份,一份傳遞到基帶邏輯中進行處理,恢復(fù)成比特流數(shù)據(jù),并通過PCIE 2.0模塊傳遞到上層板卡(如圖1中的協(xié)議板板卡);另一份傳遞到FPGA的存儲控制模塊,通過NGFF接口在SSD中存儲不少于10 min的IQ數(shù)據(jù)[9]。

        FPGA硬件設(shè)計方案如圖3所示。

        圖3 射頻+基帶板卡的FPGA硬件設(shè)計方案

        在本方案中,AD936X為射頻芯片,ZC7030/ZC7045為FPGA芯片;DDR3、FLASH、USB/串口是FPGA的外圍芯片,與FPGA一起構(gòu)成片上系統(tǒng)(SOPC)。射頻芯片與FPGA芯片之間通過LVDS接口來傳遞IQ數(shù)據(jù);FPGA與固態(tài)硬盤通過NGFF接口來存儲IQ數(shù)據(jù);FPGA通過PCIE 2.0 X1接口與上層板卡傳遞比特流數(shù)據(jù),并PCIE 2.0 X1接口來接收用戶層的控制命令。

        2.2 FPGA邏輯設(shè)計

        圖4為LTE上行基帶通道[10]的FPGA邏輯設(shè)計方案,主要由LTE隨機接入探測器(LTE RACH Detector)、LTE上行控制信道接收機(LTE PUCCH Receiver)和LTE信道解碼模塊構(gòu)成。

        圖4 基于FPGA的基帶邏輯設(shè)計方案(上行部分)

        LTE上行控制信道接收機包含PUCCH信道估算(PUCCH Channel Estimator)、PUCCH解調(diào)器(PUCCH Demodulator)、PUCCH探測與格式化(PUCCH Detector&Formatter)和速度匹配譯碼器(RM Decoder)等功能模塊。

        LTE信道解碼模塊包含速率匹配譯碼(RM Decoder)、維特比譯碼(Viterbi Decoder)、速率重匹配(Rate Dematch)、解復(fù)用(Demultiplexing)、合并分片(De-segmentation)、混合自動重傳請求聯(lián)合(HARQ Combine)、Turbo譯碼(Turbo Decoder)、循環(huán)校驗及重組(CRC and Reassembly)等功能模塊。

        同時,LTE上行基帶通道設(shè)計方案還包含正交幅度解調(diào)(QAM Demodulation)、離散傅里葉變換(DFT)、LTE多進多出譯碼(LTE MIMO Decoder)、快速傅里葉變換(FFT)和混合自動重傳請求緩沖區(qū)(HARQ Buffer)等功能模塊。

        LTE隨機接入探測器(LTE RACH Detector)主要完成以下2個功能:一是尋找并獲得與網(wǎng)絡(luò)中一個小區(qū)的同步;二是對信息(小區(qū)系統(tǒng)信息)進行接收并解碼,以便可以在小區(qū)內(nèi)進行通信和正常操作。

        LTE上行控制信道接收機(LTE PUCCH Receiver)主要用來接收兩種類型的上行控制命令。一類是與數(shù)據(jù)相關(guān)的控制命令:控制命令通常和上行數(shù)據(jù)一起發(fā)送,并且在那些數(shù)據(jù)的處理中使用,如傳輸格式指示、“新數(shù)據(jù)”指示符和MIMO參數(shù);另一類是與數(shù)據(jù)無關(guān)的控制命令:與上行數(shù)據(jù)無關(guān)的控制命令,與任何上行數(shù)據(jù)包的發(fā)送相獨立,例如下行數(shù)據(jù)包的HARQ確認(ACK/NACK)、支持鏈路自適應(yīng)的信道質(zhì)量指示器(CQI)和用于下行傳輸?shù)腗IMO反饋、上行傳輸調(diào)度請求(SR)等。

        LTE信道解碼模塊主要將LTE上行共享信道的數(shù)據(jù)進行OFDM(正交頻分復(fù)用)解調(diào),并通過一系列的數(shù)據(jù)解調(diào)、信道解碼、速率匹配等操作將IQ數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成比特流數(shù)據(jù)[11]以供上層板卡使用。

        天線1、天線2、天線束為AD936X芯片出來的在LVDS接口上傳遞的IQ數(shù)據(jù)。由于LTE下行部分的基帶邏輯設(shè)計思想與上行部分的設(shè)計內(nèi)容類似,因此,在本文中不一一詳細描述。

        3 協(xié)議板卡設(shè)計

        對于協(xié)議板板卡的設(shè)計方案,由于不太需要考慮硬件協(xié)處理器的算法加速要求,因此方案的可選余地很多,例如采用圖1中的核心板板卡或圖5中的FPGA的硬件設(shè)計方案都可以滿足要求[12]。從產(chǎn)品的技術(shù)傳承、性能和功耗方面考慮,本文著重關(guān)注FPGA的硬件設(shè)計方案,但如若充分考慮無線通信技術(shù)長期演進的發(fā)展方向,那么首選FPGA的設(shè)計方案。

        圖5 協(xié)議板板卡硬件設(shè)計方案(FPGA/DSP)

        如圖5所示,F(xiàn)PGA采用片上系統(tǒng)(SOPC)的設(shè)計思想,DDR3、FLASH、USB/串口都作為外圍器件以供FPGA的片上系統(tǒng)運行。FPGA的硬件設(shè)計方案與前文第三節(jié)的內(nèi)容基本一致,充分體現(xiàn)了FPGA方案的技術(shù)優(yōu)勢。

        在邏輯設(shè)計方案上,雖然每個協(xié)議層有自己獨特的要求和特點(詳情請參考LTE-Advanced協(xié)議標準),但方案的核心設(shè)計思想是一致的,即從空口數(shù)據(jù)中恢復(fù)出TCP/IP數(shù)據(jù)包。如圖6所示[13],接收端的數(shù)據(jù)處理的基本流程如下:

        圖6 LTE-Advanced協(xié)議棧處理流程(接收方向)

        步驟1,去除PHY層的CRC形成MAC PDU幀(即MAC頭和MAC SDU)。

        步驟2,去除MAC層的頭部信息形成RLC PDU幀(即RLC頭和RLC SDU)。

        步驟3,去除RLC層的頭部信息形成PDCP PDU幀(即PDCP頭和PDCP SDU)。

        步驟4,去除PDCP層的頭部信息形成PDCP SDU幀,對PDCP SDU進行IP頭解壓形成IP數(shù)據(jù)包(即IP頭和負載)。

        4 技術(shù)路線分析

        目前,絕大部分的中小公司和科研機構(gòu)都采用DSP技術(shù)來開發(fā)LTE協(xié)議棧,大公司則采用FPGA技術(shù)來開發(fā)LTE協(xié)議棧。LTE-Advanced空口監(jiān)測儀表對于采集到的空口數(shù)據(jù),并且對空口數(shù)據(jù)進行協(xié)議棧解析,將協(xié)議進行關(guān)聯(lián),最后把數(shù)據(jù)以IP包的形式傳給上層應(yīng)用,對用戶行為和網(wǎng)絡(luò)情況進行監(jiān)測跟蹤,本文之所以選擇FPGA進行設(shè)計,是因為采用FPGA開發(fā)LTE-Advanced空口協(xié)議監(jiān)測儀表相比較DSP開發(fā)具有一些技術(shù)優(yōu)勢,如表1所示[14]。

        表1 FPGA與DSP實現(xiàn)難度比較

        基于上述原因,采用FPGA技術(shù)來實現(xiàn)LTE-Advanced協(xié)議棧有利于產(chǎn)品升級和技術(shù)演進。由于LTE-Advanced空口協(xié)議棧的開發(fā)難度較大,可以采取用DSP技術(shù)開發(fā)“協(xié)議板板卡”;采用FPGA技術(shù)開發(fā)“射頻+基帶板卡”,同時采用軟件技術(shù)在核心板板卡上開發(fā)應(yīng)用軟件,利用第三方算法支持、測試環(huán)境和驗證手段等來檢測產(chǎn)品性能。

        5 結(jié)語

        LTE在國內(nèi)外正快速部署和發(fā)展,對空口監(jiān)測儀表需求量大,同時,LTE具有技術(shù)更新較快的特點,傳統(tǒng)儀表廠商面臨技術(shù)更新的挑戰(zhàn)?;诖?,本文首先介紹了LTE-Advanced空口監(jiān)測儀表研制的必要性。其次,從系統(tǒng)設(shè)計的層面分析了儀表的硬件架構(gòu)、邏輯架構(gòu)。再次,根據(jù)信號接收和處理的流程,先后提出基于FPGA的射頻和基帶板卡設(shè)計方案、協(xié)議板板卡的設(shè)計方案。最后,從設(shè)計、成本、演進等方面分析了設(shè)計方案的可行性。

        [1] 3GPP TS 36.300 v11.8.0,Evolved universal terrestrial radio access(E-UTRA)and evolved universal terrestrial radio access network(E-UTRAN);overall description[S].2014.

        [2]彭宇,姜紅蘭,楊智明,等.基于DSP和FPGA的通用數(shù)字信號處理系統(tǒng)設(shè)計[J].理論與方法,2013,32(1):17-21.

        [3]周志遠,張治中.網(wǎng)絡(luò)性能測試儀的FPGA設(shè)計與實現(xiàn)[J].電光系統(tǒng),2011,2(1):14-17.

        [4] 3GPP TS 25.323 v12.0.0,Technical specification group radio access network(E-UTRAN);packet data convergence protocol(PDCP)specification[S].2014.

        [5] 3GPP TS 25.322 v12.0.0,Technical specification group radio access network(E-UTRAN);radio link control(RLC)protocol specification[S].2014.

        [6] 3GPP TS 25.321 v12.1.0,Technical specification group radio access network;medium access control(MAC)protocol specification[S].2014.

        [7]徐軍,張曉宇,王秀艷.基于ARM+DSP的3GPP移動通信系統(tǒng)標準 MAC層設(shè)計[J].計算機測量與控制,2015,23(1):250-253.

        [8]文璧,張潔,徐謙.基于無線射頻與FPGA技術(shù)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[J].中國測試,2009,35(4):40-43.

        [9]歐陽文瀚.TDD系統(tǒng)基帶數(shù)據(jù)處理的FPGA實現(xiàn)[D].成都:電子科技大學(xué),2013.

        [10]陳發(fā)堂,楊林雨.TD-LTE綜合測試儀表基帶信號生成的研究與實現(xiàn)[J].現(xiàn)代電信科技,2011(6):18-22.

        [11]華舒楊,黃芝平.TMS320C6670的無線基帶信號處理系統(tǒng)設(shè)計[J].單片機與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用,2013(8):41-44.

        [12]張清勇,戴延浩.基于ARM和FPGA的手持工程測試儀設(shè)計[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報,2012,34(4):449-450.

        [13]陶詠玲,陳紹煒,樂健.基于DSP和FPGA信號測試儀的設(shè)計[J].科學(xué)技術(shù)與工程,2010,10(10):2498-2501.

        [14]韓堯,秦開宇,湯小平.基于DSP+FPGA平臺的基帶信號發(fā)生器設(shè)計[J].機械與電子,2010,7(1):66-68.

        猜你喜歡
        空口板卡基帶
        空口
        21世紀(2019年9期)2019-10-12 06:33:46
        基于PCI9054的多總線通信板卡的研制
        基于FPGA的多通道模擬量采集/輸出PCI板卡的研制
        大容量無線接入網(wǎng)絡(luò)空口測試技術(shù)研究
        電子測試(2018年6期)2018-05-09 07:32:12
        首個5G標準已經(jīng)完成,下一步是什么?
        對話中興通訊無線總工程師朱伏生5G有望2019年提前預(yù)商用
        一種基于光纖數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩喟蹇ㄜ浖绦驘龑懠夹g(shù)
        2014年LTE基帶收益占蜂窩基帶收益50%以上
        AIS基帶信號的接收與處理
        數(shù)字基帶系統(tǒng)的System View仿真設(shè)計
        国产太嫩了在线观看| 亚洲一区二区三区综合网| 爱爱免费视频一区二区三区| 久久99精品久久久久久清纯| 中国农村熟妇性视频| 国产精品大屁股1区二区三区| 亚洲一区二区三区美女av| 97精品一区二区三区| 人妻丰满熟妇av无码区不卡| 欧美日韩亚洲色图| av资源吧首页在线观看| 精品人伦一区二区三区蜜桃91| 正在播放东北夫妻内射| 国产日产精品久久久久久| 国产一级一片内射视频在线| 无码免费无线观看在线视| 无码av免费一区二区三区试看| 精品国产亚洲一区二区三区演员表| 国产成人av一区二区三| 欧美丰满少妇xxxx性| 日日鲁鲁鲁夜夜爽爽狠狠视频97 | 内射欧美老妇wbb| 成年人黄视频大全| 另类人妖在线观看一区二区 | 99久久免费精品高清特色大片 | 91精品福利观看| 久久婷婷国产五月综合色| 少妇连续高潮爽到抽搐| 乱色熟女综合一区二区三区| 国产激情久久99久久| 亚洲中文字幕一区高清在线| 国产av熟女一区二区三区| 在线播放无码高潮的视频| 成人无码激情视频在线观看| 美女视频在线观看网址大全| 人妻丰满熟妇av无码区| 99国产小视频| 女同重口味一区二区在线| 女人下边被添全过视频| 国产熟妇搡bbbb搡bbbb搡| 亚洲熟女国产熟女二区三区|