LTE系统同步的低功耗FPGA实现中期报告一、项目背景现代通信系统中，同步是非常重要的一个环节。在LTE系统中，同步涉及到对UE的定位、小区搜索和测量等方面。因此，在LTE系统中为实现同步所需的算法和处理器性能也是不可忽视的。本项目基于PYNQ-Z2平台，使用低功耗FPGA实现LTE系统的同步功能，其中，同步算法主要包括频率同步、时间同步和帧同步。二、具体实现方案1.硬件平台本项目在PYNQ-Z2开发板上进行，其中包含Zynq-7020FPGA和两个MicroBlaze处理器。其中，一个MicroBlaze用于运行软件的驱动程序，另一个MicroBlaze用于运行同步算法。2.时钟同步采用基于DDMBA的时钟同步方案，主要流程如下：-将接收标志数据与推断标记数据交叉纠错。-利用时钟同步模块将交叉异步标记数据同步。-计算时钟频率误差并修正本地振荡器的频率。-使用FLL和PLL对时钟信号进行锁定和过滤，最终达到时钟同步的目的。整个时钟同步过程的实现包含C代码和VHDL实现，其中VHDL主要用于模块化的设计，将各模块进行封装，方便后续系统的扩展和优化。3.频率同步频率同步的主要目标是估计接收信号的频率偏差，并对其进行补偿。本项目中采用FM算法实现频率同步，其中FM算法的主要思想是通过计算接收信号的相位，估计其频率。具体流程如下：-对接收信号进行离散傅里叶变换，得到频域信息。-将得到的频域信息进行差分运算并计算相位。-对计算所得的相位求差并积分，得到频率偏差，并对其进行补偿。频率同步的实现主要采用VHDL进行，设计相位差分模块、相位差积分模块、频率自适应调整模块等。具体实现方案可以按照如下流程：-深入研究FM算法，在掌握FM算法原理的基础上，针对FPGA的计算资源和具体编程语言进行算法实现的优化。-设计相位差分模块，主要负责计算相位差。该模块主要包含FFT模块和差分模块，其中FFT模块主要用于得到接收信号的频域信息，差分模块主要用于对得到的频域信息进行处理，得到相位差。-设计相位差积分模块，主要负责对计算所得的相位差进行积分，然后得到频率偏差。-设计频率自适应调整模块，主要用于对计算所得的频率偏差进行补偿。该模块可通过控制振荡器来调整信号的频率，并寻找最佳的误差修正方案。4.时间同步和帧同步时间同步和帧同步则是上述两个同步过程的补充和延伸。在时间同步过程中，主要采用相关器实现，用于估计接收信号的延时并进行修正；而在帧同步过程中，则主要通过检测同步序列，并将同步序列和接收信号进行匹配来完成。三、目前进展与计划截止目前，本项目已完成了PYNQ-Z2平台上的硬件设计，并完成了相关代码的编写和测试。实验结果表明，本项目实现的同步效果良好，能够满足LTE系统同步的要求。未来计划是进一步优化和调整同步算法，提高同步精度和效率。同时，结合PYNQ-Z2平台的优势，进行系统扩展和优化，使得系统性能更加稳定和可靠。