LTE同步技术的研究与FPGA实现

发布时间：2017-04-03 21:19

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【摘要】：LTE (Long Term Evolution)技术是中国“准4G技术”,而由定时误差引起的符号间干扰(Inter Symbol Interference, ISI)和频率偏差引起的载波间干扰(Inter Carrier Interference, ICI)都会导致系统性能急剧下降。有没有准确可靠的时频同步决定着正交频分复用系统能否正常工作,因此时频同步技术的研究对LTE系统具有非常重要的意义。本文首先介绍了LTE同步技术的研究背景和研究现状以及一些常用的同步算法,其次仿真比较几种算法的优缺点,筛选出最优的同步算法,对筛选出的最优算法提出一些改进。然后,结合LTE协议,仿真验证改进的LTE同步算法。最后,重点分析利用物理层同步信道实现下行同步的流程,找出适合LTE系统的同步技术方案,在FPGA上实现,展示最终的结果,并对数据进行分析。本文的主要研究工作如下：(1)介绍了LTE物理层相关的基础理论知识,其中包括正交频分复用(Orthogonal Frequency Division, OFDM)系统同步技术、LTE数据帧结构、多径信道、资源网格、主同步信号和辅同步信号等,为本文研究LTE同步技术提供理论基础。(2)分析了定时偏差和频率偏差对OFDM系统性能的影响,研究一些现有的OFDM同步技术方案,分别从性能和运算复杂度上对比分析不同的盲同步算法以及载波同步算法。(3)根据LTE协议,确定适合LTE系统的同步技术方案。文中首先利用MATLAB对己有的同步算法进行仿真验证,分析各算法的优缺点,筛选出最优同步算法,其次对筛选出的同步算法进行改进,最后，，根据LTE协议,确定适合LTE下行OFDM的同步技术方案。最终本文所用的同步技术方案为：粗定时同步采用接收到的主同步序列(Primary Synchronization Sepuence, PSS)与本地PSS互相关算法的改进算法来实现,利用基于PSS的频偏估计算法估计小数倍频偏和整数倍频偏。(4)对LTE下行同步技术进行模块设计以及仿真验证。模块设计分别为粗定时模块、频偏估计模块以及频偏纠正模块。对每个模块进行MATLAB仿真分析,确定一个完整的LTE系统同步技术方案。MATLAB仿真结果表明,本文设计的算法能较好的实现LTE系统下行同步。(5)在FPGA平台上实现LTE同步技术。FPGA与DSP相比具有以下几点优势：①体系结构和逻辑单元灵活：②集成度高；③适用范围宽；④运算速度快。所以本文采用FPGA实现LTE下行OFDM系统的同步技术。最后总结了本文的主要工作以及所取得的成果,并对整个系统性能进行简要分析,提出文中今后需要改善的地方以及相应的改进措施。
【关键词】：LTE OFDM 定时同步 频偏估计 FPGA实现
【学位授予单位】：广西师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN929.5
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-14
• 1.1 课题研究背景和意义10
• 1.1.1 课题研究背景10
• 1.1.2 课题研究意义10
• 1.2 LTE同步技术国内外研究现状10-12
• 1.3 主要研究工作12
• 1.4 论文的组织结构12-14
• 第2章 LTE系统同步的理论基础14-35
• 2.1 OFDM系统技术介绍14-20
• 2.1.1 OFDM原理14-15
• 2.1.2 OFDM系统的数学模型15-17
• 2.1.3 保护间隔以及循环前缀17-19
• 2.1.4 OFDM系统架构19-20
• 2.1.5 OFDM系统的主要特点20
• 2.2 UMTS长期演进LTE20-34
• 2.2.1 LTE概念20-21
• 2.2.2 LTE关键技术21-22
• 2.2.3 LTE数据帧结构22-24
• 2.2.4 资源网格和资源块24-26
• 2.2.5 同步信道26
• 2.2.6 LTE系统中的主同步信号PSS26-31
• 2.2.7 辅同步信号31-33
• 2.2.8 多径信道33-34
• 2.3 本章小结34-35
• 第3章 OFDM系统中同步技术的研究与仿真35-50
• 序言35
• 3.1 OFDM系统中4种主要同步35
• 3.2 分析OFDM系统性能受同步偏差的影响35-44
• 3.2.1 仿真分析系统受定时误差的影响35-40
• 3.2.2 仿真分析载波频偏对系统的影响40-44
• 3.3 基于训练序列的定时同步算法44-48
• 3.3.1 S&C算法44-45
• 3.3.2 Minn算法45-46
• 3.3.3 Park算法46-47
• 3.3.4 三种定时算法性能比较47-48
• 3.4 载波频率偏移估计算法48-49
• 3.4.1 Moose PH算法48-49
• 3.4.2 Schmidl and Cox(S&C)算法49
• 3.5 本章小结49-50
• 第4章 LTE下行同步技术的研究及算法设计50-64
• 4.1 适合LTE系统的粗定时同步方案50-56
• 4.1.1 粗定时同步算法51-54
• 4.1.2 粗定时同步改进算法54-55
• 4.1.3 采样点偏移对粗定时同步的影响55-56
• 4.2 小数倍频偏估计56-59
• 4.2.1 小数倍频偏估计算法56-59
• 4.2.2 PSS序列对频偏估计的影响59
• 4.3 整数倍频偏估计59-61
• 4.4 频偏补偿模块61-62
• 4.5 LTE定时同步和频率同步小结62-63
• 4.6 LTE同步模块整体方案设计63-64
• 第5章 LTE下行OFDM同步技术的FPGA实现64-73
• 5.1 硬件平台介绍64-65
• 5.2 开发工具和仿真工具的介绍65
• 5.2.1 开发工具65
• 5.2.2 仿真工具65
• 5.2.3 硬件描述语言65
• 5.3 LTE下行OFDM系统模块设计65-72
• 5.3.1 定时同步模块66
• 5.3.2 频偏估计模块66-71
• 5.3.3 频偏纠正模块71
• 5.3.4 系统资源占用71-72
• 5.4 本章小结72-73
• 第6章 总结与展望73-74
• 6.1 论文的工作总结73
• 6.2 展望73-74
• 参考文献74-77
• 致谢77-78

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本文编号：284998