TD-LTE下行小区搜索算法研究与实现

发布时间：2018-06-27 01:41

本文选题：LTE + 小区搜索算法　；参考：《电子科技大学》2014年硕士论文

【摘要】：为满足下一代无线通信的需求,3GPP(3rd Generation Partnership Project)提出了LTE(Long Term Evolution)的研究。在LTE系统中一项十分重要的技术是正交频分复用OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)技术,OFDM系统对同步误差十分敏感,系统受到同步误差的影响,子载波间的正交性受到破坏,引起子载波间的干扰,大大降低系统性能,因此,同步技术对OFDM系统来说至关重要。小区搜索是移动台在初始接入小区或移动台进行小区切换过程中,与服务小区取得时间和频率同步并获得小区ID的同步过程。小区搜索是移动通信系统的关键步骤,移动端在读取基站信息的前提下,才能与小区建立通信链路。小区搜索的性能直接影响整个系统的正常通信,也就是说,必须成功完成小区搜索,才能保证移动台与小区基站间的正常数据交换。本文首先针对TD-LTE下行小区搜索的同步过程及同步算法开展研究,在此基础上搭建小区下行同步仿真链路并对其算法进行仿真,最后对小区ID组(1)IDN的检测进行FPGA硬件的功能实现。第一章首先介绍移动通信发展概况及研究背景,接着详细介绍LTE关键技术并引出同步技术,最后确定了本文的研究内容及论文结构。第二章介绍小区搜索下行同步技术的基本理论知识,首先详细阐述OFDM系统基本原理,并具体分析时间误差、频率误差对OFDM系统的影响,然后介绍LTE系统下行帧结构、小区ID的组成结构及下行主同步信号和辅同步信号的产生原理,最后研究同步信号的相关特性,仿真分析了两种同步信号的自相关与互相关特性,对下文同步算法研究提供理论支撑。第三章研究TD-LTE小区同步算法。首先,描述小区搜索过程以及低通滤波器和下采样的设计。其次,研究了四大类的同步算法:第一类是定时同步的估计算法,包括定时粗同步算法和定时细同步算法;第二类是频率偏移的估计算法,分别是小数倍频偏估计算法、整数倍频偏估计算法和残留频偏估计算法;第三类是CP(Cyclic Prefix)类型检测算法,可分为CP盲检测算法和CP相关比值算法;第四类是辅同步信号检测算法,又可分为遍历相关检测算法、相干检测算法和非相干检测算法。接着,对传统的基于CP的最大似然同步算法进行了改进,令该算法在CP类型未知时同样适用,扩大该算法适用范围。最后,利用Matlab搭建了小区下行同步物理层仿真链路,在AWGN(Additive White Gaussian Noise)、EPA(Extended Pedestrian A model)、EVA(Extended Vehicular A model)和ETU(Extended Typical Urban model)信道条件下仿真,分析了不同信道条件下定时、频偏的检测准确度,以及CP类型、小区ID的检测成功率;考察了不同阀值对CP类型检测算法性能的影响;以均方误差为准确度评估标准对三种频率偏移估计算法进行仿真,指出残留频偏性能进一步提高检测性能;并对辅同步信号的相干检测算法与非相干检测算法进行对比,检测概率曲线表明一般情况下相干检测性能优于非相干检测,但在多普勒频移较高时,辅同步信号的非相干检测性能更好;之后,对比改进的基于CP的最大似然同步检测算法与基于主同步信号的检测算法,通过对不同信道条件下定时、频偏的检测准确度,以及CP类型、小区ID的检测成功率进行分析,得出了基于主同步信号的检测算法性能更好的结论,所以最终选择该算法进行硬件的实现。第四章研究小区(1)IDN(物理层小区ID标识组)检测的FPGA硬件实现,本章采用辅同步序列的非相干检测算法进行实现。首先,阐述了搭建的下行辅同步信号检测的总体模块;接着,根据非相干检测原理将其分解成硬件可实现步骤,详细分析并搭建硬件模块包括移位模块、乘法模块、序列相关模块、模值移位模块、相关值计算模块及SSS检测模块的具体组成模块,同时,给出了其中主要模块的状态转移图和Model Sim功能仿真结果;最后,完成了该方案的Matlab定点仿真及FPGA功能测试的实现。第五章总结本文,并指明未来可能的研究方向。
[Abstract]:In order to meet the needs of next generation wireless communication , 3GPP ( 3rd Generation Partnership Project ) proposed the research of LTE ( Long Term Evolution ) . A very important technique in the LTE system is orthogonal frequency division multiplexing ( OFDM ) technology . In this paper , the detection accuracy of timing , frequency offset and the detection success rate of CP type and cell ID are simulated by using Matlab . The results show that the performance of the detection algorithm is better than that of non - coherent detection . At the same time , the state transition diagram of the main module and the function simulation result of the model Sim are given . Finally , the implementation of the Matlab fixed - point simulation of the scheme and the implementation of the FPGA function test are completed . The fifth chapter sums up the paper and points out the possible future research direction .
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TN929.5

【参考文献】