基于FPGA的UMTS系统CPRI接口设计

论文摘要

1978年世界上第一个蜂窝移动通信系统的出现被认为是人类移动通信史上最伟大的发明。从此以后,移动通信以一种不可思议的几何增长速度飞速进入人们生活,这最重要的原因在于它所带来的前所未有和不可替代的方便,在于它对人类生活质量的提升。移动通信的特点是个人化和不受空间、时间限制的移动性,这两个特点恰恰和上了当今人类社会快节奏的节拍,满足了人们在任何时间、任何地点与任何个人进行通信的愿望。随着通信行业竞争的日益加剧和用户对通信服务要求的日渐提高,高速率、高稳定性、高兼容性的UMTS第三代移动通信系统取代第二代通信系统GSM成为了一种必然趋势。然而现今通信行业占统治地位的仍然是2G。要想实现通信行业3G的全球化,2G向3G平稳过度成为摆在所有商家面前的第一道坎。CPRI接口（Common Public Radio Interface）是UMTS基站内部一种的协议标准,又叫通用公共无线接口联盟。是一种规范基站内部射频设备控制器REC和射频设备RE之间的接口标准协议。正是由于它的出现才使通信系统由2G向3G平稳过度由理想变为现实。论文主要以CPRI接口芯片为研究对象。首先介绍了CPRI协议提出的历史背景,接着简要叙述了CPRI协议的一些基本概念。在对CPRI接口的功能进行详细的分析后,采用自顶向下（Top-To-Down）的设计方法将系统划分为3个主要功能模块:功率上报模块、上行数据组帧模块、下行数据解帧模块。其中功率上报模块是论文设计的重点也是难点,重点在于它的设计直接关系到华为团队开发的目标:实现NodeB功率可控,而难点在于该模块牵涉到比较多的数学运算。上行数据组帧和下行数据解帧主要完成REC与RE及RE与RE之间的数据格式转换。在系统功能模块细分后采用Verilog HDL语言完成各子模块的设计,同时对每个子模块做了相应的前仿真工作,最后对CPRI总体模块做了功能仿真,这样就完成了开发设计中的前端设计工作。接着,文章给出了整个CPRI接口的编译结果,并选取合适的FPGA器件Cyclone进行布局布线得出了电路版图,最后通过后仿真和时序验证,充分证明了这次设计完全满足UMTS基站的开发需要。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 移动通信系统发展历程
• 1.2 通信系统的使用现状和发展趋势
• 1.3 CPRI 接口的发展
• 1.4 设计与实现手段
• 1.5 研究内容及结构安排
• 第2章 开发环境介绍
• 2.1 FPGA 原理分析
• 2.2 FPGA 的设计流程
• 2.3 硬件描述语言的选取
• 2.4 仿真工具的选取
• 2.5 综合工具的选取
• 2.6 布局布线工具的选取
• 第3章 系统设计与模块实现
• 3.1 UMTS 构架
• 3.1.1 移动台或移动用户（MS）
• 3.1.2 基站子系统（BSS）
• 3.1.3 网络与交换子系统（OSS）
• 3.1.4 操作与维护子系统 OSS
• 3.2 CPRI 接口系统分析
• 3.2.1 CPRI 接口在UMTS 系统中的位置
• 3.2.2 CPRI 接口下系统组网情况
• 3.3 系统设计方式及层次结构划分
• 3.3.1 系统的设计方式
• 3.3.2 系统的层次结构划分
• 3.4 准备模块的设计
• 3.4.1 MUX2 的设计
• 3.4.2 时钟模块的设计和功能仿真
• 3.5 上行数据组帧模块的设计和功能仿真
• 3.5.1 并串转换模块的设计
• 3.5.2 位填充模块的设计
• 3.5.3 NRZI 编码模块的设计
• 3.5.4 上行组帧模块总体仿真
• 3.6 下行数据解帧模块的设计和功能仿真
• 3.6.1 时钟同步模块的设计
• 3.6.2 采样模块模块的设计
• 3.6.3 NRZI 解码模块的设计
• 3.6.4 解位填充模块的设计
• 3.6.5 串并转换模块的设计
• 3.6.6 FIFO 模块的设计
• 3.6.7 下行数据组帧电路图总体仿真
• 3.7 功率上报模块的设计与功能仿真
• 3.7.1 乘法器模块的设计
• 3.7.2 累加求平均模块的设计
• 3.7.3 定点转浮点模块的设计
• 3.7.4 格式转换模块的设计
• 3.7.5 功率上报模块总体仿真验证
• 第4章 CPRI 接口的FPGA 实现
• 4.1 CPRI 接口的综合
• 4.1.1 系统的可综合描述
• 4.1.2 系统的综合
• 4.2 器件的选择
• 4.3 系统的编译
• 4.4 布局布线
• 4.5 时序分析
• 4.6 后仿真和功能验证
• 第5章 结论与展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 本文主要工作
• 5.3 论文的难点和创新点
• 5.4 后续工作建议
• 参考文献
• 致谢
• 附录A （攻读硕士学位期间发表论文）