LTE系统中转换预编码的FPGA实现与优化

"嵌入式系统/ARM技术中的LTE系统中转换预编码的设计及实现" 在现代通信系统中，LTE（长期演进）作为一种高效的数据传输标准，广泛应用于移动通信领域。该技术在上行链路中采用了SC-FDMA（单载波-频分多址）作为传输方案，相比传统的OFDMA（正交频分多址）方法，SC-FDMA具有更低的峰均功率比（PAPR），这对于移动设备尤其重要，因为它能显著提高终端性能，降低功耗，从而延长电池寿命。 在LTE的物理上行共享信道（PUSCH）的基带信号处理过程中，转换预编码是一个关键步骤。这一过程通常通过离散傅里叶变换（DFT）来实现，如图1所示。这里的DFT采用了一种对称的形式，其变换长度L可以根据需求动态调整，由2的幂、3的幂和5的幂相乘组成，最大不超过1200（L=2k1×3k2×5k3，L≤1200）。由于转换预编码需要处理不同长度的输入，它涉及多种不同类型的DFT，规模较大，这对硬件设计提出了严峻的挑战。 在实现转换预编码时，通常会遇到两种主要的FFT（快速傅里叶变换）算法：Cooley-Tukey算法和Good-Thomas算法。Cooley-Tukey算法因其模块化特性而广受欢迎，支持原位计算，数据和旋转因子的提取有明确的规则。这种算法在基3FFT中也有应用，允许灵活选择因子，所有运算单元相同，简化了实现过程。另一方面，Good-Thomas算法适用于因子互质的情况，由于它省去了中间级的乘法操作，所以计算次数相对较少，但在实现复杂度上稍逊于Cooley-Tukey算法。 在嵌入式系统和ARM技术的背景下，为了应对转换预编码的硬件设计挑战，文章提出了基于FPGA（现场可编程门阵列）的解决方案。FPGA由于其可重配置性和高并行处理能力，成为实现复杂计算任务如DFT的理想平台。通过优化算法和硬件架构，可以在满足性能需求的同时，降低功耗和成本，适应嵌入式系统对体积、功耗和效率的严格要求。 这个研究专注于如何在LTE系统中有效设计和实现转换预编码，特别是在嵌入式环境和ARM处理器上，通过选择合适的FFT算法和利用FPGA的特性，解决大规模DFT计算的难题，以提高通信系统的整体性能。