通信系统的设计与验证——lte与wimax物理层设计工具选择new

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1、，'—P———————————————————————————————————————————一一一一一一‘1【—■【日一C【lh】in国aIn集tegr成ated电Cir路cuit企⋯业与产⋯品j通信系统的设计与验证——LTE与WiMAX物理层设计工具选择MarkusWi1lems，Ph．D．，HolgerKeding，Ph．D．Synopsys，Inc．1引言方案对更大更复杂的系统来说可能完全不适用。而如果每一个项目都采用独特的工具和方法，项目的维护就会成为噩梦。一些表面上看成本很小的解决如今，3G无线网

2、络和手持终端设备已经开始大规模部署，下一代无线通信协议标准，俗称4G，也已方案，后续可能需要购买其他昂贵的工具。而如果工经基本制定完成。3GPP的长期演进(LTE)被大多具某些基础功能缺失，也会耗费工程师更多的时间数国家接受为4G标准。LTE的支持者宣称只需对和精力。本文主要探讨从3G转向4G的物理层设计现有的网络基础设施更新部分关键部件就可以完成过程中的仿真工具效率问题。这些关于效率的准则也可以用于其他信号处理领域。升级，因此LTE得到了业界的广泛认同。2008年l2月11日，3GPP批准并冻结了LTERe

3、lease8，这一里程碑式的事件开启了研发兼容新协议的产品的大2LTE和WiMAX：物理层关键技术幕。移动WiMAX(802．16)作为4G的另一个候选方案，与LTE在物理层应用上有许多相同的概念，LTE和WiMAX都是基于正交频分复用只是实现细节上存在不同。这也为开发同时支持(OFDM)的多载波调制方案，通过多输入输出天线WiMAX和LTE方案的产品提供了可能。在物理层(MIMO)进行信号传输。这与3G基于码分复用设计上，LTE和WiMAX的复杂度相差不多。对LTE(CDMA)的概念有很大不同。3G与4G系

4、统的物的研究为我们重提调制解调算法设计和验证过程的理层基带处理算法有着本质区别。重要性提供了机会。在算法设计阶段犯下的错误很物理层概念的不同直接导致了仿真复杂度的增难在硬件设计或者嵌入式软件开发阶段弥补回来。加。相比3G而言，4G系统的物理层仿真复杂度大对算法的验证是为了检测设计能否满足协议标准的概有100倍的增长。部分原因在于4G系统中，每个要求。例如，需要检测不同信道环境下的最大误包数据采样点都需要更多的操作：更复杂的编码／解率。协议标准的很大一部分内容都被用来定义测试码算法，需要同时在平行的多个信道上传

5、输，采用了环境。当选择某种工具或者方法来进行有效的算法更复杂的信道均衡技术。针对不同频带上的不同信设计时，工程设计者需要从整个设计流程的角度来道模型，还有多输人多输出(MIMO)的不同配置考虑算法复杂度的要求。针对一些简单设计的解决(见图1)，需要增加大量的测试方案。在此基础上，h++n．Ill⋯^；，、图1N发送天线一M接收天线的MlM0—0FDM发送接收链路系统框图还需要考虑不同量化精度对系统性能的影响。因此比特率(BER)或者误块率(BLER)为指标，进行性算法的验证工作越来越艰巨也就不足为奇了。能仿真

6、的蒙特卡洛仿真平台框图(蒙特卡洛仿真是下文的例子都会以LTE为基础。所有的结论也指激励信号由随机或者伪随机数据源产生的一类仿适用于WiMAX和其他需要大规模仿真的信号处理真)。此时仿真模型并不需要考虑最后的实现细节，系统。所有的算法都可以用浮点模型来表示。建模效率是反映创建仿真平台难易程度的一个3设计和验证流程概念。决定建模效率的一个关键因素就是可重用的模型数量。这些可重用的模型可能来自厂商提供的库，也可能是从以前的项目继承得来(也称为重用制定一个新的通信协议标准的目的，是以最小效率)。当然并不是所有的模型都

7、能从库里面找到，的成本实现用户和网络运营商对高速信号传输的要有些模型也需要用户自己开发。开发的模式有多种，求，同时也要符合市场化的预期。一个LTE调制解比如可以由一些基本的模型组合成一个复杂的模型调系统往往同时包含了ASIC和DSP或者微控制(分层设计)，或者从零开始，根据新的功能需求创器，整个工程需要实现复杂的硬件设计和软件算法。建新的模型。因此，制定一个覆盖算法设计、软硬件实现、以及系仿真时还需要考虑的一个因素是仿真效率。以统验证的高效流程显得尤为重要。前面提到的LTE和WiMAX为例，由于涉及到许多算法

8、设计的初始阶段，一般都需要首先为算法设计参数，因此为了得到最优的算法，就需要仿真大创建一个浮点模型。一旦这个浮点模型验证通过，量的参数组合。仿真效率成为制约整个过程的关键。下一步就会开始对算法的定点转换，最后再移植到硬件及软件平台上进行验证。3．2从浮点算法到定点算法的转换考虑到成本的因素，算法的主要部分最后都需3．1算法的浮点模型要以定点而不是浮点来实现，除非选择浮点DSP。因在设计目标确定以后，