基于GNU Radio平台的LTE系统HARQ设计与实现

发布时间：2017-07-30 08:02

  本文关键词：基于GNU Radio平台的LTE系统HARQ设计与实现

  更多相关文章： LTE HARQ MAC层 物理层

【摘要】：近年来,移动通信行业发展迅猛,LTE由于具有高速率、宽频谱、低时延等优点,得到了广泛应用。混合自动请求重传协议HARQ作为高可靠性传输的有效保障技术,被列为了LTE的关键技术之一。本论文基于GNU Radio/USRP软硬件平台设计并实现了LTE系统中的HARQ功能。本论文首先阐述了LTE的双工方式、帧结构等,然后讨论了LTE中常用的差错控制技术自动请求重传ARQ、前向纠错编码FEC以及这两种技术相融合的HARQ。其次,分别给出了LTE上下行链路方向上的HARQ设计方案。具体来说,在MAC层有HARQ实体控制的HARQ进程,资源授权、重传的执行以及对反馈信号的处理实际上由HARQ进程负责完成,该进程会根据反馈信号决定是否重传数据、是否清空缓存的调度信息和数据等;在物理层,根据LTE标准,由PHICH信道承载上行反馈信号,PUSCH/PUCCH信道承载下行反馈信号;当物理层译码错误时,开辟缓存区保存译码错误的子帧数据,以便与重传子帧合并。然后,使用C++在GNU Radio软件平台上实现了HARQ功能,重点完成以下内容:第一、分析了HARQ运行时序,并设置时间裕值来吸收GNU Radio软件运行中的时间抖动,以便HARQ可以长时间稳定运行;第二、HARQ实体根据子帧号将授权信息、数据等交给相应的HARQ进程,由该进程依据重传次数和反馈信号向物理层递交冗余版本、调度等信息;第三、依据LTE标准,对上下行反馈信道采用不同的编码、调制等方式处理后,映射在相应的时频资源位置上;接收端在物理层通过解调、译码等操作将反馈信号递交给MAC层;第四、在物理层上采用IR合并方式对错误数据进行缓存合并,以便增加数据信息冗余量,减少重传次数,降低系统误码率。最后,在GNU Radio/USRP软硬件平台上,测试了本论文实现的HARQ,测试内容主要包括:1)HARQ合并性能,仿真结果表明,相同信噪比下,有HARQ合并的重传次数明显小于无合并的情况,在QPSK调制方式中,当信噪比为1dB时,重传次数降低了约51.3%。2)高斯白噪声仿真信道下,无HARQ合并时误包率约为10.56%,有HARQ合并时误包率约为2.69%,明显小于无HARQ合并的情况;在3dB信噪比时,重传可能超过两次,而在4dB时,基本上重传两次就可以解码正确。3)多径仿真信道下,随着多径的减少,HARQ误包率也随之减少,,在七径莱斯信道下,误包率为0.3814%,而在两径莱斯信道下,HARQ误包率约为0.0394%。4)室内无线传输环境下的实测结果表明,HARQ可以正确实现反馈、重传与合并功能。
【关键词】：LTE HARQ MAC层 物理层
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN929.5
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 符号对照表11-12
• 缩略语对照表12-16
• 第一章 绪论16-20
• 1.1 研究背景16
• 1.2 技术平台16-19
• 1.2.1 GNU Radio平台16-17
• 1.2.2 USRP设备17-19
• 1.3 论文工作及内容安排19-20
• 第二章 LTE系统中HARQ技术原理概述20-34
• 2.1 LTE双工方式20
• 2.2 LTE帧结构20-22
• 2.3 下行物理信道22-23
• 2.4 上行物理信道23-24
• 2.5 差错控制技术24-27
• 2.5.1 自动请求重传ARQ24-25
• 2.5.2 前向纠错编码FEC25-27
• 2.5.3 HARQ27
• 2.6 HARQ基本类型27-30
• 2.6.1 HARQ-Ⅰ28
• 2.6.2 HARQ-Ⅱ28-29
• 2.6.3 HARQ-Ⅲ29-30
• 2.7 HARQ重传合并技术30-32
• 2.7.1 Chase合并技术30-31
• 2.7.2 IR合并31-32
• 2.8 HARQ进程32-34
• 第三章 GNU Radio平台下的HARQ设计34-46
• 3.1 总体设计34-36
• 3.2 上行HARQ设计36-41
• 3.2.1 上行HARQ收发流程36-37
• 3.2.2 上行授权的获得37-38
• 3.2.3 上行HARQ发送端设计38-39
• 3.2.4 上行HARQ接收端设计39-41
• 3.3 下行HARQ设计41-44
• 3.3.1 下行HARQ收发流程41
• 3.3.2 下行HARQ发送端设计41-43
• 3.3.3 下行HARQ接收端设计43-44
• 3.4 本章小结44-46
• 第四章 HARQ的MAC层与物理层实现46-66
• 4.1 上下行HARQ时序46-48
• 4.2 上行HARQ实现48-53
• 4.2.1 上行HARQ MAC层实现48-50
• 4.2.2 上行HARQ物理层实现50-53
• 4.3 下行HARQ实现53-60
• 4.3.1 下行HARQ MAC层实现53-54
• 4.3.2 下行HARQ物理层实现54-60
• 4.4 HARQ合并60-63
• 4.5 建立上行HARQ链路过程63
• 4.6 建立下行HARQ链路过程63-64
• 4.7 本章小结64-66
• 第五章 HARQ测试66-76
• 5.1 测试环境参数66
• 5.2 HARQ重传合并性能仿真验证66-68
• 5.3 高斯白噪声仿真信道下HARQ测试结果68-71
• 5.4 多径仿真信道下HARQ测试结果71-73
• 5.5 实际无线信道下HARQ测试结果73-76
• 第六章 总结与展望76-78
• 参考文献78-82
• 致谢82-84
• 作者简介84-85

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