用 Virtex-5 FXT 器件实现下一代无线标准
下一代 3GPP 无线标准称为长期演进 (LTE) 标准。该标准是性能上的一次飞跃，是向分包处理的全面转移。在 LTE 标准的物理 (PHY) 层中，当处理较高数据吞吐率时存在着特有的难题，而且传输方式要向 OFDM（正交频分复用）转移。
为了满足新标准的要求，赛灵思 已经（或正在）开发若干新版或修订版 DSP LogiCORE™ 解决方案。对于这类模块，关键是不仅要将其作为独立模块予以验证，还要在实际系统中用真实数据对其进行鉴定。Xilinx 3GPP 下行链路参考设计提供了这种鉴定手段，并且为客户就如何使用这类模块提供了参考。
LTE 中的较高数据速率对系统的所有器件提出了更高的处理要求：更强的基带 DSP 硬件处理能力；更强的软件处理能力，以实现 UMTS 协议堆栈的较高层；以及更大的 I/O 通信带宽，以接受数据包并将数据传送到远程无线电头端设备。
本文评述 LTE 标准的部分新功能，并且介绍 Xilinx® Virtex™-5 FXT 器件如何通过紧密集成微处理器子系统、DSP 增强型 FPGA 架构和高速通信链路来满足 LTE 的更高处理要求。
3GPP LTE 的物理层
3GPP LTE 第一层（PHY 层）的关键变化之一是从 CDMA（码分多址接入）到 OFDM（正交频分复用）的变化。OFDM 的主要优点之一是减少了与无线电信道中多通路有关的问题。在 CDMA 中，必须将大量处理能力专用于无线电信道的表征和跟踪，以补偿信道中的衰落效应。
图 1 所示为示例 LTE 子帧的结构。该子帧由若干 OFDM 符号组成。各 OFDM 符号为快速傅里叶逆变换 (IFFT) 提供数据输入。在 LTE 中，这可能需要多达 2,048 个同相 (I) 和正交 (Q) 分量输入点。
子帧可以表示为资源网格，网格中的每个资源单元由 OFDM 符号中 IFFT 的一个 I/Q 输入点构成。资源网格可以分层，以便为多个天线提供数据，从而支持发射分集或 MIMO（多输入/多输出）技术等传输机制。
资源网格分配给不同的用途。资源单元分配给控制信道、数据信道和同步信号。图中还显示了信道上的数据分包 - 将资源网格的不同区域作为资源块分配给不同的用户数据。调度数据传输和为用户分配资源块的任务由 LTE 堆栈中的较高软件层来完成。
3GPP LTE 的下行链路处理
图 2 所示为 3GPP LTE 下行链路基带部分的各处理级。发射与接收的处理均可分成符号率处理和采样率处理两个主要部分。
符号率处理以前向纠错为中心，用来以带宽有效方式向数据流添加冗余，并且在接收器上恢复数据。采样率处理以执行基带操作 OFDM 部分的 IFFT/FFT 为中心。
发射符号率处理
LTE 下行链路第一层（PHY 层）处理中的第一级从媒体访问控制器 (MAC) 层取得传输块。传输块中加入循环冗余校验 (CRC)，同时较大的传输块可以分段，以确保分段块不超过前向纠错编码器所支持的最大尺度。
然后，各段加入 CRC 后提交给前向纠错编码器（对于数据信道是 Turbo 编码器，而对于控制信道是卷积编码器）。编码之后，对输出施以速率匹配以收缩数据，从而使其填充 OFDM 资源网格中的可用资源块。最后，用指定的调制制式（QPSK、QAM16 或 QAM64）调制数据流，以提供输入 OFDM 资源网格的样本值。
发射采样率处理
样本首先映射到不同的天线层。通过此映射便可支持发射分集（用多条发射通路降低接收器上的噪声）或 MIMO（MIMO 技术利用发射器与接收器之间的多条信道来提高数据速率）等传输机制。
下一步是将样本映射到 OFDM 资源网格中的资源单元。此级还向资源网格添加同步信号，以使接收器与发射器同步。此级的输出传送到 IFFT。 IFFT 将频域中的样本转换成时域中的 IQ 信号，后者准备送至无线电头端设备进行发射。OFDM 需要在数据中插入循环前缀 (CP)，以便在输出的起始处重复时域信号的尾部。CP 的大小取决于移动蜂窝及反射的大小。需要有足够大的 CP 才能消除来自 OFDM 符号的多通路影响。
接收采样率处理
接收处理的顺序通常与发射处理的相反。第一步是对输入数据进行 FFT，将时域信号转换回频域。在参考设计中，数据是在所有用户的全部 OFDM子频段上接收，但实际的移动用户仅在为其分配的资源块上对数据进行解码。这一步也进行同步，使系统与 OFDM 数据中各子帧的起点同步。FFT 的输出通过一个层解映射器进行处理，该解映射器反转传输中的层映射。
接收符号率处理
接收处理的第一步是获取调制符号，并且将其转换成独立位元。对于 Turbo 码数据，这是一个用于 Turbo 解码器的对数似然比形式的概率集。对于卷积码数据，这是一个准备馈入 Virterbi 解码器的距离量。纠错的输出经 CRC 有效性校验后重新汇编成原传输块。
为了满足新标准的要求，赛灵思 已经（或正在）开发若干新版或修订版 DSP LogiCORE™ 解决方案。对于这类模块，关键是不仅要将其作为独立模块予以验证，还要在实际系统中用真实数据对其进行鉴定。Xilinx 3GPP 下行链路参考设计提供了这种鉴定手段，并且为客户就如何使用这类模块提供了参考。
LTE 中的较高数据速率对系统的所有器件提出了更高的处理要求：更强的基带 DSP 硬件处理能力；更强的软件处理能力，以实现 UMTS 协议堆栈的较高层；以及更大的 I/O 通信带宽，以接受数据包并将数据传送到远程无线电头端设备。
本文评述 LTE 标准的部分新功能，并且介绍 Xilinx® Virtex™-5 FXT 器件如何通过紧密集成微处理器子系统、DSP 增强型 FPGA 架构和高速通信链路来满足 LTE 的更高处理要求。
3GPP LTE 的物理层
3GPP LTE 第一层（PHY 层）的关键变化之一是从 CDMA（码分多址接入）到 OFDM（正交频分复用）的变化。OFDM 的主要优点之一是减少了与无线电信道中多通路有关的问题。在 CDMA 中，必须将大量处理能力专用于无线电信道的表征和跟踪，以补偿信道中的衰落效应。
图 1 所示为示例 LTE 子帧的结构。该子帧由若干 OFDM 符号组成。各 OFDM 符号为快速傅里叶逆变换 (IFFT) 提供数据输入。在 LTE 中，这可能需要多达 2,048 个同相 (I) 和正交 (Q) 分量输入点。
子帧可以表示为资源网格，网格中的每个资源单元由 OFDM 符号中 IFFT 的一个 I/Q 输入点构成。资源网格可以分层，以便为多个天线提供数据，从而支持发射分集或 MIMO（多输入/多输出）技术等传输机制。
资源网格分配给不同的用途。资源单元分配给控制信道、数据信道和同步信号。图中还显示了信道上的数据分包 - 将资源网格的不同区域作为资源块分配给不同的用户数据。调度数据传输和为用户分配资源块的任务由 LTE 堆栈中的较高软件层来完成。
3GPP LTE 的下行链路处理
图 2 所示为 3GPP LTE 下行链路基带部分的各处理级。发射与接收的处理均可分成符号率处理和采样率处理两个主要部分。
符号率处理以前向纠错为中心，用来以带宽有效方式向数据流添加冗余，并且在接收器上恢复数据。采样率处理以执行基带操作 OFDM 部分的 IFFT/FFT 为中心。
发射符号率处理
LTE 下行链路第一层（PHY 层）处理中的第一级从媒体访问控制器 (MAC) 层取得传输块。传输块中加入循环冗余校验 (CRC)，同时较大的传输块可以分段，以确保分段块不超过前向纠错编码器所支持的最大尺度。
然后，各段加入 CRC 后提交给前向纠错编码器（对于数据信道是 Turbo 编码器，而对于控制信道是卷积编码器）。编码之后，对输出施以速率匹配以收缩数据，从而使其填充 OFDM 资源网格中的可用资源块。最后，用指定的调制制式（QPSK、QAM16 或 QAM64）调制数据流，以提供输入 OFDM 资源网格的样本值。
发射采样率处理
样本首先映射到不同的天线层。通过此映射便可支持发射分集（用多条发射通路降低接收器上的噪声）或 MIMO（MIMO 技术利用发射器与接收器之间的多条信道来提高数据速率）等传输机制。
下一步是将样本映射到 OFDM 资源网格中的资源单元。此级还向资源网格添加同步信号，以使接收器与发射器同步。此级的输出传送到 IFFT。 IFFT 将频域中的样本转换成时域中的 IQ 信号，后者准备送至无线电头端设备进行发射。OFDM 需要在数据中插入循环前缀 (CP)，以便在输出的起始处重复时域信号的尾部。CP 的大小取决于移动蜂窝及反射的大小。需要有足够大的 CP 才能消除来自 OFDM 符号的多通路影响。
接收采样率处理
接收处理的顺序通常与发射处理的相反。第一步是对输入数据进行 FFT，将时域信号转换回频域。在参考设计中，数据是在所有用户的全部 OFDM子频段上接收，但实际的移动用户仅在为其分配的资源块上对数据进行解码。这一步也进行同步，使系统与 OFDM 数据中各子帧的起点同步。FFT 的输出通过一个层解映射器进行处理，该解映射器反转传输中的层映射。
接收符号率处理
接收处理的第一步是获取调制符号，并且将其转换成独立位元。对于 Turbo 码数据，这是一个用于 Turbo 解码器的对数似然比形式的概率集。对于卷积码数据，这是一个准备馈入 Virterbi 解码器的距离量。纠错的输出经 CRC 有效性校验后重新汇编成原传输块。
