基于软件无线电平台的LTE物理层下行链路的设计与实现

摘要

移动通信近年来发展迅速，3GPP提出的“准4G”标准LTE更是这几年的研究热点。相比于3G标准，LTE系统具有宽频谱、高速率、低时延等优点。目前对于LTE系统的研究大多是基于LTE软件仿真平台实现，但软件建模仿真无法准确模拟时变的无线传输环境，而硬件测试方法存在成本高和开发难度大的缺点。因此，本文基于软件无线电平台USRP2设计了LTE物理层下行链路的原型验证平台。该平台效率高、方式灵活且能准确模拟时变的无线传输环境。
　　本文首先参考3GPP的LTE标准，介绍了LTE网络框架和协议栈，并研究了物理层的帧格式、物理信道、调制方式和关键序列等。随后设计了基带信号处理的整体框架，并设计和实现其中的关键模块，主要包括：第一，信道处理模块设计，参考协议标准设计并实现比特信号的处理；第二，研究不同物理信道的编译码方式，控制信道采用可靠性高的咬尾卷积码，数据共享信道采用传输速率高的Turbo码，重点分析Turbo码译码算法后，采用MAX_LOG_MAP算法完成Turbo码译码；第三，信道估计和均衡算法，考虑到实时传输环境和计算机性能的影响，设计中借助小区参考信号采用LS算法和二维插值实现信道估计；第四，分析通信过程中时间和频率偏差对系统的影响，本文基于引入的参考符号序列设计了时频同步方案，方案中先通过主同步序列和辅同步序列完成时频同步、小区搜索，再利用参考符号信道估计的结果进行时频误差估计和补偿，完成同步跟踪过程。
　　最后，本文在基于USRP2和UHD组成的软件无线电平台上实现所设计的物理链路方案。在1.4MHz和5MHz的无线传输环境下，分别采用QPSK和16QAM调制方式测试其性能。结果表明，该平台可实现LTE物理层下行链路的时频同步和信息可靠传输。

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第一章 绪论

1 .1研究背景

1 .2国内外研究现状

1 .3 课题研究意义

1 .4论文章节安排

第二章 LTE概述

2 .1 LTE网络架构和协议栈

2 .2帧结构和物理资源

2 .3下行物理信道

2 .4关键序列

2 .5基带多址技术

2 .6 多输入多输出技术

第三章 LTE下行链路的软件设计与实现

3 .1总体设计

3 .2信道处理模块

3 .3信道编译码算法

3 .4信道估计和均衡

3 .5下行链路的同步研究与实现

第四章 基于SDR的LTE下行链路的实现

4 .1软件无线电平台

4 .2同步方案的实现

4 .3收发系统的实现

4 .4方案测试

第五章 总结和展望

5 .1本文完成的工作

5 .2未来工作展望

参考文献

致谢

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