基于GNU Radio的FDD-LTE上行多用户系统设计与实现

摘要

在 LTE上行链路中，由于叠加在一起的不同用户的信号定时偏移和频率偏移各不相同，因此上行同步需要估计多个参数，如何同时对不同用户进行补偿是一个难点。论文首先对 LTE系统重点介绍了与本论文工作相关的知识，包括系统帧结构、上行调制技术、上行通信信道、基带信号处理流程，此外还介绍了 LTE系统上行同步所用到的关键序列以及上行多用户系统特点与子载波资源分配方式。
　　其次，基于已实现的LTE演示系统，针对其每个上行子帧只能传输一个终端数据的问题，详细讨论了基站侧多用户并发功能的改进设计，从而支持在单个上行子帧内同时传输多个终端的数据。具体包括：第一，将上行调度由时分复用的轮询调度修改成了频分复用的子载波块状分配；第二，用“多路并行处理+资源解映射”而非窄带滤波器组的方式来分离上行多用户的数据；第三，设计了适合上行多用户系统的上行时频同步方案。在时频同步方案中，利用DMRS信号进行上行时间提前量（TA）的估计，并控制终端进行样点调整以维持上行定时同步；分别利用SRS信号和DMRS信号进行粗频偏估计和残余频偏估计，并相应在 FFT前进行频偏补偿，以完成上行频率同步。在多径仿真信道下对所实现同步模块的仿真结果表明，五个用户同时通信，定时估计算法在高斯信道下性能优于多径信道；联合频偏估计算法在高斯信道下性能与多径信道类似。
　　然后，本文基于GNU Radio/ USRP软硬件平台和已有LTE演示系统实现了上述设计。第一，实现了上行多用户的资源调度，可在同一子帧对多个终端的请求进行调度，提高了效率和频带利用率。第二，实现了所设计的上行同步方案，包括频偏补偿和UE定时调整的实现；此外，在用SRS和DMRS进行偏差估计时分别引入了SRS互相关算法和 CRC校验，从而提高了偏差估计值的准确度和有效性。第三，基于GNURadio的平台特点和信号驱动的流图机制，搭建出完整的可支持上行多用户时频同步与信号处理的LTE无线通信实际系统。
　　最后，在室内无线环境下对该系统进行了实测。结果表明，基站能够同时调度两个终端的请求，也能够同时接收两个终端所发送的视频流；在3MHz带宽无线环境中，使用QPSK调制方式，上行编码码率为0.5条件下，平均上行误包率为1.3×10-5，播放视频的主观质量清晰流畅；两终端可以达到227.6KBytes/s的总上行速率，与理论分析基本吻合。

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第一章 绪论

1.1研究背景

1.2技术平台介绍

1.3论文工作及内容安排

第二章 LTE系统概述

2.1 LTE协议栈概述

2.2 LTE系统帧结构

2.3 LTE上行调制技术

2.4 LTE上行物理信道

2.5 LTE基带处理流程

2.6 LTE上行关键序列

2.7 LTE上行多用户系统特点

2.8 LTE系统子载波资源分配方式

第三章 LTE上行多用户系统设计

3.1上行多用户系统设计基础

3.2上行多用户系统总体设计方案

3.3上行定时同步及算法

3.4上行频率同步及算法

3.5多径仿真测试

第四章 LTE上行多用户系统实现

4.1上行调度过程的实现

4.2上行基带信号生成

4.3上行基带信号处理

4.4上行同步在软件平台上的实现

4.5 LTE上行多用户系统软件平台实现

第五章 LTE上行多用户系统测试

5.1概述

5.2视频演示测试

5.3多用户并发测试

5.4误包率测试

5.5传输速率测试

第六章 总结与展望

参考文献

致谢

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