TD-LTE下行小區(qū)搜索算法研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、為滿足下一代無線通信的需求,3GPP(3rd Generation Partnership Project)提出了LTE(Long Term Evolution)的研究。在LTE系統(tǒng)中一項(xiàng)十分重要的技術(shù)是正交頻分復(fù)用OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)技術(shù),OFDM系統(tǒng)對(duì)同步誤差十分敏感,系統(tǒng)受到同步誤差的影響,子載波間的正交性受到破壞,引起子載波間的干擾,大大降低系統(tǒng)性能,因

2、此,同步技術(shù)對(duì)OFDM系統(tǒng)來說至關(guān)重要。
　　小區(qū)搜索是移動(dòng)臺(tái)在初始接入小區(qū)或移動(dòng)臺(tái)進(jìn)行小區(qū)切換過程中,與服務(wù)小區(qū)取得時(shí)間和頻率同步并獲得小區(qū)ID的同步過程。小區(qū)搜索是移動(dòng)通信系統(tǒng)的關(guān)鍵步驟,移動(dòng)端在讀取基站信息的前提下,才能與小區(qū)建立通信鏈路。小區(qū)搜索的性能直接影響整個(gè)系統(tǒng)的正常通信,也就是說,必須成功完成小區(qū)搜索,才能保證移動(dòng)臺(tái)與小區(qū)基站間的正常數(shù)據(jù)交換。
　　本文首先針對(duì)TD-LTE下行小區(qū)搜索的同步過程及同步算法開展

3、研究,在此基礎(chǔ)上搭建小區(qū)下行同步仿真鏈路并對(duì)其算法進(jìn)行仿真,最后對(duì)小區(qū)ID組(1)IDN的檢測(cè)進(jìn)行FPGA硬件的功能實(shí)現(xiàn)。
　　第一章首先介紹移動(dòng)通信發(fā)展概況及研究背景,接著詳細(xì)介紹 LTE關(guān)鍵技術(shù)并引出同步技術(shù),最后確定了本文的研究?jī)?nèi)容及論文結(jié)構(gòu)。
　　第二章介紹小區(qū)搜索下行同步技術(shù)的基本理論知識(shí),首先詳細(xì)闡述OFDM系統(tǒng)基本原理,并具體分析時(shí)間誤差、頻率誤差對(duì)OFDM系統(tǒng)的影響,然后介紹LTE系統(tǒng)下行幀結(jié)構(gòu)、小區(qū)ID的組

4、成結(jié)構(gòu)及下行主同步信號(hào)和輔同步信號(hào)的產(chǎn)生原理,最后研究同步信號(hào)的相關(guān)特性,仿真分析了兩種同步信號(hào)的自相關(guān)與互相關(guān)特性,對(duì)下文同步算法研究提供理論支撐。
　　第三章研究TD-LTE小區(qū)同步算法。首先,描述小區(qū)搜索過程以及低通濾波器和下采樣的設(shè)計(jì)。其次,研究了四大類的同步算法:第一類是定時(shí)同步的估計(jì)算法,包括定時(shí)粗同步算法和定時(shí)細(xì)同步算法;第二類是頻率偏移的估計(jì)算法,分別是小數(shù)倍頻偏估計(jì)算法、整數(shù)倍頻偏估計(jì)算法和殘留頻偏估計(jì)算法;第三

5、類是CP(Cyclic Prefix)類型檢測(cè)算法,可分為CP盲檢測(cè)算法和CP相關(guān)比值算法;第四類是輔同步信號(hào)檢測(cè)算法,又可分為遍歷相關(guān)檢測(cè)算法、相干檢測(cè)算法和非相干檢測(cè)算法。接著,對(duì)傳統(tǒng)的基于CP的最大似然同步算法進(jìn)行了改進(jìn),令該算法在CP類型未知時(shí)同樣適用,擴(kuò)大該算法適用范圍。最后,利用Matlab搭建了小區(qū)下行同步物理層仿真鏈路,在AWGN(Additive White Gaussian Noise)、EPA(Extended P

6、edestrian A model)、EVA(Extended Vehicular A model)和ETU(Extended Typical Urban model)信道條件下仿真,分析了不同信道條件下定時(shí)、頻偏的檢測(cè)準(zhǔn)確度,以及CP類型、小區(qū)ID的檢測(cè)成功率;考察了不同閥值對(duì)CP類型檢測(cè)算法性能的影響;以均方誤差為準(zhǔn)確度評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)對(duì)三種頻率偏移估計(jì)算法進(jìn)行仿真,指出殘留頻偏性能進(jìn)一步提高檢測(cè)性能;并對(duì)輔同步信號(hào)的相干檢測(cè)算法與非相干檢

7、測(cè)算法進(jìn)行對(duì)比,檢測(cè)概率曲線表明一般情況下相干檢測(cè)性能優(yōu)于非相干檢測(cè),但在多普勒頻移較高時(shí),輔同步信號(hào)的非相干檢測(cè)性能更好;之后,對(duì)比改進(jìn)的基于 CP的最大似然同步檢測(cè)算法與基于主同步信號(hào)的檢測(cè)算法,通過對(duì)不同信道條件下定時(shí)、頻偏的檢測(cè)準(zhǔn)確度,以及CP類型、小區(qū)ID的檢測(cè)成功率進(jìn)行分析,得出了基于主同步信號(hào)的檢測(cè)算法性能更好的結(jié)論,所以最終選擇該算法進(jìn)行硬件的實(shí)現(xiàn)。
　　第四章研究小區(qū)(1)IDN(物理層小區(qū)ID標(biāo)識(shí)組)檢測(cè)的FP

8、GA硬件實(shí)現(xiàn),本章采用輔同步序列的非相干檢測(cè)算法進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。首先,闡述了搭建的下行輔同步信號(hào)檢測(cè)的總體模塊;接著,根據(jù)非相干檢測(cè)原理將其分解成硬件可實(shí)現(xiàn)步驟,詳細(xì)分析并搭建硬件模塊包括移位模塊、乘法模塊、序列相關(guān)模塊、模值移位模塊、相關(guān)值計(jì)算模塊及 SSS檢測(cè)模塊的具體組成模塊,同時(shí),給出了其中主要模塊的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖和ModelSim功能仿真結(jié)果;最后,完成了該方案的Matlab定點(diǎn)仿真及FPGA功能測(cè)試的實(shí)現(xiàn)。
　　第五章總結(jié)本文,