[发明专利]基于FPGA的LTE-U通信系统

权利要求书

1.一种基于FPGA的LTE-U通信系统，其特征在于，包括：基站、移动终端、数据中心和光纤环网；

沿光纤每隔预设距离设置一所述基站，所述基站之间通过所述光纤组成所述光纤环网并与所述数据中心联接，所述移动终端与所述基站之间进行宽带通信；

所述移动终端和所述基站采用复用的双单模双纤设计，包括电光接口、WiFi接口、收发电路模块和FPGA模块，所述电光接口和所述WiFi接口用于接收数据；

所述FPGA模块包括寄存器表、事件处理模块、MAC芯片、时隙控制器和调制解调器，所述寄存器表用于与CPU通信以进行实时动态配置，所述事件处理模块采集所述FPGA模块运行过程中的信息并上报至上层软件，所述MAC芯片用于收发来自网络的数据包，所述时隙控制器与所述MAC芯片相连，所述时隙控制器负责同步数据收发流程时隙，所述调制解调器与所述时隙控制器相连，所述调制解调器用于实现信号的调制/解调，所述调制解调器还与所述收发电路模块相连，所述收发电路模块用于通过射频天线收发信号；

所述时隙控制器包括DMA控制器、缓存DDR、CRC检错器、RS编码/译码器、交叉复用/解复用器、LDPC编码/解码器、发射/接收数据区、动态配置寄存器区和数字调制/解调器；

在数据发送过程中，CPU利用所述DMA控制器将发射数据导入所述缓存DDR，所述CRC检错器、RS编码器和交叉复用器对数据进行检错、编码和交织，并将处理后的数据通过LDPC编码器进行LDPC编码，再将编码后的数据写入发射数据区，同时CPU将针对所述发射数据区数据的处理指令写入所述动态配置寄存器区，根据所述处理指令将数据发送至数字调制器，当所述发射数据区的数据读取完成后，所述发射数据区的管理权交给CPU，同时向CPU发送中断请求以启动所述DMA控制器向所述发射数据区重新填充数据；

在数据接收过程中，CPU通过所述动态配置寄存器区将针对数据接收方式的预设指令写入接收数据区，按照预设指令由数字解调器接收数据，对接收到的数据通过LDPC解码器进行解码，然后通过交叉解复用器、RS译码器和所述CRC检错器进行解交织、RS译码和CRC检错，将处理后的数据写入所述缓存DDR，当预设量的数据存入后通过所述DMA控制器读取数据；

所述调制解调器包括星座图映射模块、带宽控制模块、差分编码模块、差分解码模块、傅里叶变换/反变换模块、循环前缀插入/去除模块、PN相关器模块和增益控制器模块；

在数据调制过程中，通过所述星座图映射模块对输入的数据进行调制，所述带宽控制模块根据发射指令决定是否插入导频子载波，所述差分编码模块用于实现差分编码，傅里叶反变换模块将频域信号转换为时域信号形成OFDM符号，循环前缀插入模块根据寄存器的配置窗口大小复制所述OFDM符号后侧等大小的采样点数，所述PN相关器模块产生所述移动终端和所述基站的同步头，所述增益控制器模块根据发射信号反馈进行增益调整；

在数据解调过程中，所述增益控制器模块将接收信号的增益进行幅度调整，所述PN相关器模块在接收到命令后进行同步头搜索，并向所述收发电路模块发送时钟信息，循环前缀取出模块根据定时协议构建傅里叶变换的定长，删除循环前缀头，傅里叶变换模块将时域OFDM信号转换为频域信号，所述差分解码模块用于实现差分译码，导频相位差模块根据接收到的第二个导频信号与本地缓存库中的导频信号进行相位差运算，并将运算结构发送至后处理模块，所述后处理模块根据判决前后数据的相位差提取频偏信息并进行校正，所述星座图映射模块将最后的数据进行星座图解调，同时剔除发射端插入的所述导频子载波。

2.根据权利要求1所述的基于FPGA的LTE-U通信系统，其特征在于，系统中发射/接收指令的格式包括基于处理时钟的计数器值、RS码字的组数、接收端是否需要进行CRC校验位、同步头设计位、OFDM中有效子载波数位、OFDM符号数量位、调制指示位、FFT点数位和循环前缀窗口大小。

3.根据权利要求1所述的基于FPGA的LTE-U通信系统，其特征在于，所述基站采用双光纤口的环网接入，多个所述基站将可利用频带划分为预设数量的频段，使得一个所述基站选定其中一个频段后能够有其余频段避免频率干扰，实现异频组网。