基于软件无线电的免授权频段LTE测试平台设计与开发

摘要

随着移动网络用户数目的持续增长，以及用户个人流量需求的不断提升，越来越多的运营商面临着井喷式流量需求带来的挑战。虽然目前授权频段的蜂窝系统具有较高的频谱效率，但是授权频谱资源的稀缺性使得蜂窝系统对额外的频谱资源具有迫切的需求。因此，将LTE扩展到大量未充分使用的免授权频段已成为未来发展的趋势。然而LTE技术欲使用的5GHz频段广泛部署了Wi-Fi等系统，如何避免相互干扰是将LTE扩展到免授权频段的重要前提。针对目前采用计算机软件仿真以及纯数学理论建模分析方式造成评估结果不精确、实时性不高以及信道环境不真实等问题，本文拟开发一套软件无线电新技术实时测试平台，用于在真实无线环境中实时评估和测试免授权频段LTE与Wi-Fi干扰协调技术的性能。
　　本文首先结合对不同接入技术进行共存机制评估的需求，探索了一种测试和评估无线通信新技术的新方法，提出了一套基于GNU Radio和USRP的软件无线电测试平台方案。相对于传统研究方法，以软件无线电方式搭建的测试平台具有实现方式灵活，结构通用，便于改进及扩展等优点，更适用于测试和验证不断发展变化的无线通信技术。
　　其次，结合软件无线电模块化编程思想，详细分析了测试平台各个模块的工作原理以及设计思路。设计了一套基于GNU Radio的接收机同步捕获机制和同步跟踪机制，实现了基于小区参考信号的信道估计算法，并完成了测试平台图形化界面的开发。
　　最后，基于所开发的测试平台实现了基于小区 ON/OFF共存算法。设计了典型的性能评估测试场景，完成了测试平台单系统的性能评估和免授权频段LTE与Wi-Fi共存的性能测试。测试结果表明测试平台可以稳定工作于免授权频段，可作为免授权频段LTE与Wi-Fi共存测试平台，所实现的基于小区ON/OFF共存算法测试结果符合理论预期，达到了预期目的。本文的研究工作，为在真实信道环境下研究和验证免授权频段LTE技术提供了一套基础平台。

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1 绪 论

1.1课题来源

1.2课题研究背景、目的及意义

1.3相关领域研究现状

1.4本文主要工作及内容结构

1.5本章小结

2 软件无线电技术研究

2.1软件无线电概述

2.2 GNU Radio开发环境

2.3通用软件无线电外设USRP

2.4本章小结

3 LTE-U测试平台关键技术设计

3.1平台整体架构设计

3.2基于事件驱动的收发端程序设计

3.3发送端关键技术设计

3.4接收端同步捕获算法设计

3.5接收端同步跟踪算法设计

3.6接收端基于CRS的信道均衡

3.7本章小结

4 LTE-U测试平台实现

4.1平台系统参数

4.2通信信号处理模块实现

4.3图形化界面开发

4.4 GNU Radio与USRP平台搭建

4.5本章小结

5性能测试及结果分析

5.1共存算法设计

5.2测试场景设计

5.3测试与结果分析

5.4本章小结

6总结与展望

6.1总结

6.2展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录

B. 作者在攻读学位期间发表的专利

C. 作者在攻读学位期间参与的研究项目