基于GNU Radio的LTE隨機(jī)接入設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、近三十年來，現(xiàn)代移動通信技術(shù)飛速發(fā)展，LTE技術(shù)的商用標(biāo)志著移動通信步入4G時(shí)代。LTE通信系統(tǒng)通過隨機(jī)接入過程建立上行定時(shí)同步，因此隨機(jī)接入是上行數(shù)據(jù)傳輸?shù)那疤?。本論文采用軟件定義無線電技術(shù)，基于GNU Radio/USRP軟硬件平臺，在已有LTE通信系統(tǒng)基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了LTE隨機(jī)接入過程。
　　首先，細(xì)致闡述了LTE系統(tǒng)和隨機(jī)接入過程，主要包括LTE關(guān)鍵技術(shù)、隨機(jī)接入的作用、隨機(jī)接入總體過程和隨機(jī)接入使用的前導(dǎo)序列時(shí)頻格式

2、等。
　　其次，詳細(xì)討論了非競爭隨機(jī)接入過程設(shè)計(jì)。第一，結(jié)合LTE標(biāo)準(zhǔn)，分別為LTE基站和終端設(shè)計(jì)了隨機(jī)接入狀態(tài)機(jī)，通過狀態(tài)轉(zhuǎn)移控制系統(tǒng)各模塊靈活切換工作模式，實(shí)現(xiàn)隨機(jī)接入總體流程；第二，在終端側(cè)生成時(shí)域前導(dǎo)序列，使用補(bǔ)零操作將標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的839點(diǎn)IDFT變換為1024點(diǎn)IFFT，進(jìn)而通過重采樣使隨機(jī)接入子幀的采樣率與普通子幀保持一致，簡化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)；第三，在基站側(cè)，首先選用速度更快的頻域互相關(guān)算法產(chǎn)生前導(dǎo)序列的功率時(shí)延譜PDP，然

3、后使用固定門限檢測算法或峰均比檢測算法找出PDP中的峰值位置，從而確定接入終端的初始時(shí)間提前量及身份標(biāo)識。
　　然后，在GNU Radio/USRP軟硬件平臺上實(shí)現(xiàn)了隨機(jī)接入過程。第一，根據(jù)隨機(jī)接入流程，實(shí)現(xiàn)了基站下發(fā)配置信息、終端發(fā)送前導(dǎo)序列、基站下發(fā)隨機(jī)接入響應(yīng)、終端發(fā)送SRS信號四個(gè)步驟，其中最后一步是可選的，其目的是降低隨機(jī)接入耗時(shí)，加快系統(tǒng)響應(yīng)速度；第二，基于GNU Radio平臺的多線程調(diào)度機(jī)制，使用“空調(diào)度+無效子幀

4、+非法標(biāo)記”的實(shí)現(xiàn)方式，極大地避免了不必要的系統(tǒng)開銷；第三，基于GNU Radio的數(shù)據(jù)傳輸特點(diǎn)，終端通過增減其輸出的基帶信號樣點(diǎn)數(shù)目，來調(diào)節(jié)子幀發(fā)送時(shí)刻，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)上行定時(shí)調(diào)整；第四，基于GNU Radio信號驅(qū)動的流圖機(jī)制，搭建基站側(cè)和終端側(cè)軟硬件設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了可支持隨機(jī)接入的LTE無線通信實(shí)際系統(tǒng)。
　　最后，在仿真信道和室內(nèi)無線環(huán)境下對隨機(jī)接入做了測試。第一，首先在仿真信道下，通過虛警率和漏檢率的大量測試，為峰均比PDP檢

5、測算法選定了合適的檢測門限，進(jìn)而分別在AWGN和多徑仿真信道下驗(yàn)證了其檢測性能。測試結(jié)果表明，峰均比PDP檢測算法在信道信噪比降低5dB的情況下，依然可以達(dá)到與固定門限檢測算法相同的正確檢測概率。第二，在室內(nèi)無線環(huán)境下對LTE軟硬件系統(tǒng)做了實(shí)測，通過人為引入信道時(shí)延，驗(yàn)證初始TA檢測的準(zhǔn)確性，結(jié)果表明15PRB帶寬下最多存在兩個(gè)樣點(diǎn)的偏差，檢測較為準(zhǔn)確；此外，驗(yàn)證了本文實(shí)現(xiàn)的隨機(jī)接入可支持的最大往返時(shí)延約為0.1ms，與LTE標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的