基于GNU Radio的LTE随机接入设计与实现

发布时间：2017-09-18 17:06

  本文关键词：基于GNU Radio的LTE随机接入设计与实现

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【摘要】：近三十年来,现代移动通信技术飞速发展,LTE技术的商用标志着移动通信步入4G时代。LTE通信系统通过随机接入过程建立上行定时同步,因此随机接入是上行数据传输的前提。本论文采用软件定义无线电技术,基于GNU Radio/USRP软硬件平台,在已有LTE通信系统基础上,设计并实现了LTE随机接入过程。首先,细致阐述了LTE系统和随机接入过程,主要包括LTE关键技术、随机接入的作用、随机接入总体过程和随机接入使用的前导序列时频格式等。其次,详细讨论了非竞争随机接入过程设计。第一,结合LTE标准,分别为LTE基站和终端设计了随机接入状态机,通过状态转移控制系统各模块灵活切换工作模式,实现随机接入总体流程;第二,在终端侧生成时域前导序列,使用补零操作将标准规定的839点IDFT变换为1024点IFFT,进而通过重采样使随机接入子帧的采样率与普通子帧保持一致,简化了系统设计;第三,在基站侧,首先选用速度更快的频域互相关算法产生前导序列的功率时延谱PDP,然后使用固定门限检测算法或峰均比检测算法找出PDP中的峰值位置,从而确定接入终端的初始时间提前量及身份标识。然后,在GNU Radio/USRP软硬件平台上实现了随机接入过程。第一,根据随机接入流程,实现了基站下发配置信息、终端发送前导序列、基站下发随机接入响应、终端发送SRS信号四个步骤,其中最后一步是可选的,其目的是降低随机接入耗时,加快系统响应速度;第二,基于GNU Radio平台的多线程调度机制,使用“空调度+无效子帧+非法标记”的实现方式,极大地避免了不必要的系统开销;第三,基于GNU Radio的数据传输特点,终端通过增减其输出的基带信号样点数目,来调节子帧发送时刻,从而实现系统上行定时调整;第四,基于GNU Radio信号驱动的流图机制,搭建基站侧和终端侧软硬件设备,实现了可支持随机接入的LTE无线通信实际系统。最后,在仿真信道和室内无线环境下对随机接入做了测试。第一,首先在仿真信道下,通过虚警率和漏检率的大量测试,为峰均比PDP检测算法选定了合适的检测门限,进而分别在AWGN和多径仿真信道下验证了其检测性能。测试结果表明,峰均比PDP检测算法在信道信噪比降低5dB的情况下,依然可以达到与固定门限检测算法相同的正确检测概率。第二,在室内无线环境下对LTE软硬件系统做了实测,通过人为引入信道时延,验证初始TA检测的准确性,结果表明15PRB带宽下最多存在两个样点的偏差,检测较为准确;此外,验证了本文实现的随机接入可支持的最大往返时延约为0.1ms,与LTE标准规定的理论值吻合。
【关键词】：LTE 随机接入 上行定时同步 GNU Radio
【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】：2016
【分类号】：TN929.5
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-12
• 符号对照表12-13
• 缩略语对照表13-17
• 第一章 绪论17-21
• 1.1 研究背景17
• 1.2 技术平台17-20
• 1.2.1 GNU Radio18-19
• 1.2.2 USRP19-20
• 1.3 论文主要内容的安排20-21
• 第二章 LTE关键技术与随机接入概述21-33
• 2.1 LTE关键技术21-25
• 2.1.1 OFDM21-22
• 2.1.2 SC-FDMA22-23
• 2.1.3 LTE上行同步过程23-24
• 2.1.4 随机接入的作用和触发条件24-25
• 2.2 随机接入前导序列25-28
• 2.2.1 前导序列的时域格式25-27
• 2.2.2 前导序列的频域格式27-28
• 2.3 非竞争随机接入28-31
• 2.4 竞争随机接入31-33
• 第三章 随机接入设计方案33-53
• 3.1 论文工作基础33-35
• 3.1.1 LTE通信系统总体设计33-34
• 3.1.2 原系统上行定时同步34-35
• 3.1.3 GNU Radio的两种数据传输端口35
• 3.2 随机接入的总体设计35-41
• 3.2.1 基站侧随机接入36-38
• 3.2.2 终端侧随机接入38-41
• 3.3 前导序列产生算法41-45
• 3.3.1 基序列的产生41-43
• 3.3.2 基带信号的产生43-45
• 3.4 前导序列的检测算法45-52
• 3.4.1 产生PDP的两种方案45-47
• 3.4.2 PDP峰值检测47-52
• 3.5 本章小结52-53
• 第四章 基于GNU Radio/USRP平台的随机接入实现53-67
• 4.1 配置信息下发53-54
• 4.1.1 设定随机接入配置信息53-54
• 4.1.2 随机接入配置信息的封装54
• 4.2 前导序列发送和检测54-57
• 4.2.1 终端发送前导序列55-56
• 4.2.2 基站检测前导序列56-57
• 4.3 随机接入响应封装和接收57-61
• 4.3.1 随机接入响应封装57-59
• 4.3.2 随机接入响应接收59-60
• 4.3.3 调整上行发送时刻60-61
• 4.4 SRS发送和检测61-63
• 4.5 随机接入的触发63-64
• 4.6 软件实现GRC流图64-67
• 4.6.1 基站侧GRC流图64-65
• 4.6.2 终端侧GRC流图65-67
• 第五章 随机接入过程测试67-81
• 5.1 检测算法的性能测试与门限选择67-74
• 5.1.0 测试环境67-68
• 5.1.1 参数配置68
• 5.1.2 测试内容和流程68-69
• 5.1.3 测试结果69-74
• 5.2 室内无线环境测试74-81
• 5.2.1 前导序列信号频谱验证74-75
• 5.2.2 TA检测准确性测试75-77
• 5.2.3 接入过程耗时测试77-78
• 5.2.4 突发接入功能验证78-81
• 第六章 总结与展望81-83
• 参考文献83-87
• 致谢87-89
• 作者简介89-90

【参考文献】

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本文编号：876759