LTE物理层研究和实现

发布时间：2020-07-23 03:07

【摘要】：长期演进(Long Term Evolution,LTE)是为移动设备和数据终端的高速无线通信而制定的标准,由第三代合作伙伴计划(3rd Generation Partnership Project,3GPP)负责整个标准化工作。LTE采用了正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)技术和多输入多输出技术(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)提升了频谱利用率,提高了数据速率,改善了通信质量。同时LTE支持多种带宽配置,频谱分配更加灵活,系统容量也有了显著的提升。采用全IP化和网络扁平化等方式实现无缝灵活地支持高速多媒体业务,从而降低了系统整体时延,缩减了进行网络架设和基础设备维护的成本。论文首先研究了 LTE多模(TDDLTE和FDDLTE)基站中的上下行物理层相关技术。其中,重点研究了 LTE物理层小区搜索及信道估计的理论与实现方法,并进行了仿真验证。在信道估计方面,现有的加窗DFT变换域估计算法存在复杂度较高以及时延较大的问题。为解决这一问题,本文提出一种有记忆功能的能量占比窗方法;该方法利用前一时刻的窗长值来缩小当前时刻窗长估计的范围。仿真验证,该方法在保证不牺牲信道估计质量的前提下,能够降低系统处理时延。然后,本论文在DSP平台上实现了上下行所有物理层及其关键技术。通过本文在C/C++语言、内部精简指令以及汇编语言三个层面的优化设计。结果显示优化后的程序运行效率是优化前程序的12倍以上,从而极大地提升了系统运行速度及单位时间内的系统容量。
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN929.5
【图文】：

频谱混叠,子载波,技术

１）传输速率有了较大提升，其峰值速率上下行分别为５０Ｍｂｐｓ和１０２）峰值频谱效率有了很大的提高，下行５ｂｉｔ／ｓ／Ｈｚ，上行２．５ｂｉｔ／ｓ／Ｈｚ３）可灵活配置系统带宽，能支持１．２５ＭＨｚ－２０ＭＨｚ间多种带宽配置４）降低了连接和传输时延，用户平面时延＜１０ｍｓ，连接建立时延＜１５）能够在不改变基站位置相的情况下提高边缘设备的数据速率。逡逑６）引入了分组数据传输和全ＩＰ化架构，有利于对突发性业务的支７）引入了邋Ｑｏｓ机制，有利于保障实时业务的服务质量。逡逑逦ＬＴＥ的核心技术逡逑ＦＤＭ技术简介：逡逑交频分复用ＯＦＤＭ作为一种高效的多载波传输方式，它既是一方式，也是一种特殊的复用技术。其主要思想是：将一路高速串行变换成低速多路并行传输的数据流，并调制到多个正交的子信道上通频分复用和正交频分复用的原理如下图１－１所示：逡逑Ａ邋Ａ邋Ａ邋Ａ邋Ａ邋Ａ邋Ａ逡逑

频谱,分集,天线阵列,优点

来抵御各种信道衰落，因此可以采用更高阶的调制方式来提升信道容量；第二种逡逑是采用空间复用技术，将串行数据流通过多根天线并行发送出去。ＭＩＭＯ天线阵逡逑列收发机制如下图１－２所示逡逑——邋Ｈ邋＾邋——逡逑空逦Ｘ２Ｙ＾＞＜＾邋Ｔｙ２逦空逡逑—Ｉ逦ｉ邋＾逡逑图１－２邋ＭＩＭＯ天线阵列逡逑采用空间分集的优点有：可以获得相对稳定的信号，可通过分集增益提高信逡逑噪比。空间分集可以分为发送分集和接收分集。发送分集是指在发送端使用多天逡逑线发送相同的信息，在接收端进行接收合并获得高信噪比。接收分集是指用多根逡逑天线接收来自同一信号的不同信道传输的多个副本，由于这些信道几乎不可能同逡逑时处于深衰落情况，任意时刻接收端都能保证至少收到一个足够强度的信号，从逡逑而提高了接收信号的信噪比。逡逑采用空间复用的优点有：可以提高数据速率和频谱利用率。空间复用是将高逡逑速串行数据变成几个低速并行数据传输，可以在单天线数据速率不变的情况下提逡逑升系统数据传输速率。由于各发射信号占用的是相同的频谱，并未增加带宽，因逡逑此频谱利用率也是成倍增加。逡逑１．３系统仿真参数设定逡逑虽然本课题在实现ＬＴＥ基站时，要求能够实现多模、多频带，以及不同系统逡逑参数下的多种设计。但是为了有利于本论文的仿真与实现设计

帧结构,物理层,子帧

图２－１邋ＦＤＤ物理层帧结构⑴逡逑对时分双工ＴＤＤ而言，上下行同在一个频段传输，只是对传输的时间分片，逡逑因此ＴＤＤ的帧结构相比ＦＤＤ的帧结构要复杂一些。如下图２－２所示，逡逑无？７＞邋＝邋３０７２００７？，叫邋０邋ｍｓ逡逑半袖．１５３６００７；邋－邋５邋ｍｓ逡逑Ｂｔ？．逦．＊＂＾￣＊＊￣￣逦逦逦逡逑＾￡１５３６０７，逦■逦ＳＤ’２０Ｔ．逦，逡逑子子４＊２逦子柏弓逦子帧＝？！逦子岕＊５逦子桢＝７逦子帧＝８逦子逡逑逦逦邋Ｉ逦｜逦逦｜逦逦｜逦逦！逦丨邋‘逦＊逦逦｜逦逦！逦｜逦逡逑．子一．Ｍ邋＼逦／邋Ｉ邋＼逡逑Ｉ＾ｖＰＴＳ邋ＧＰ邋ＵｐＰＴＳ逦Ｄ＼ｖＰＴＳ邋ＧＰ邋ＵｐＰＴＳ逡逑图２－２邋ＴＤＤ物理层帧结构Ｍ逡逑ＴＤＤ的帧结构Ｔｙｐｅ２由１０个子帧构成。ＴＤ－ＬＴＥ既支持５ｍｓ的上下行切换逡逑周期，也支持ｌ0ｍｓ的切换周期。如果选择的上下行切换周期为５ｍｓ模式，那么逡逑前后两个半帧都会有特殊子帧存；如果选择的上下行切换周期为５ｍｓ模式，那逡逑么只会有第一个半帧有特殊子帧。协议规定子帧０和子帧５以及下行导频时隙逡逑（Ｄｏｗｎｌｉｎｋ邋Ｐｉｌｏｔ邋ＴｉｍｅＳｌｏｔ，ＤｗＰＴＳ）只用来进行下行传输，上行导频时隙（Ｕｐｌｉｎｋ逡逑Ｐｉｌｏｔ邋ＴｉｍｅＳｌｏｔ，ＵｐＰＴＳ）和紧跟于特殊子顿后的子巾贞专用于上行传输。特殊子顿分逡逑为ＤｗＰＴＳ，保护间隔（Ｇｕａｒｄ邋Ｐｅｒｉｏｄ，邋ＧＰ），邋ＵｐＰＴＳ，这三个特殊片段的时间长逡逑度是可配的

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