LTE系统中上下行同步研究与实现

摘要

移动通信在近三十多年来发展迅速，尤其3GPP提出的“准4G”标准 LTE更是近几年的研究热点。为提高频谱利用率，LTE中采用了OFDM技术，然而OFDM技术对时频偏差的敏感，使时频同步技术成为LTE通信过程中一个巨大的挑战。本文基于Linux系统中的开源软件无线电平台GNU Radio与USRP研究LTE中的上下行同步过程。
　　论文首先分析了LTE的基带传输技术基础。包括LTE中的上下行调制传输方式、基本的帧结构以及相应物理信道的处理流程，此外还介绍了LTE中为解决时频偏差而引入的导频信号序列，包括主辅同步序列(PSS，SSS)和参考符号序列(RS)。
　　其次在分析时频偏差对系统影响的基础上分别研究并设计了上下行同步方案。第一、设计下行时频同步方案，主要包括利用PSS与SSS序列完成定时粗同步与频率粗同步，完成小区搜索功能；利用RS信号进行信道估计与均衡，同时利用信道估计结果进行系统残余定时偏差、残余频率偏差的估计，并完成时频误差调整及补偿，以此完成下行追踪过程的同步。第二、设计上行同步方案，主要包括在eNB侧利用上行SRS进行上行时间提前量的估计，并通过TA指令控制UE侧进行样点调整以完成上行定时同步；此外，在UE侧还通过频偏预补偿来完成上行频率同步。第三、设计上下行之间的同步方案，在UE侧以下行定时同步为基础计算下行接收时刻表，作为上行发送时刻的基准，并结合TA过程使所有UE发送数据到达eNB的帧起始时刻一致，完成上下行间同步。第四、针对GNU Radio平台给出LTE中系统同步的整体流程。
　　最后使用C++语言在GNU Radio平台上实现了本文提出的LTE系统同步方案，并分别在室内无线环境与莱斯仿真信道下进行测试。测试结果表明：第一、在无线传输环境中，下行捕获时间在0.35s~0.45s之内，并且稳定工作后子帧处理时间约为0.25ms~0.31ms，证明本论文设计的同步方案能够完成并保证接收数据的正确、实时处理；第二、在无线环境中，系统残余定时偏差与残余频率偏差均在5ms内完成收敛；第三、在多径仿真信道中，SNR为0dB时，定时位置误检概率低于10％，残余定时偏差小于10-2，残余频率偏差小于10-3，并且SNR为6dB时定时位置检测无差错。

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第一章绪论

1.1 研究背景

1.2 技术平台

1.3 论文工作及内容安排

第二章 LTE基带关键技术

2.1 LTE整体概述

2.2 LTE基带调制方式

2.3 LTE基带参数

2.4 LTE基带处理流程

2.5 LTE关键序列

第三章 系统同步方案研究

3.1 LTE中的时频误差分析

3.2 LTE同步的整体流程

3.3 LTE同步的基本步骤

3.4 下行同步实现算法

3.5 上行同步实现算法

第四章 系统同步方案实现

4.1 下行同步实现

4.2上下行间同步实现

4.3上行同步实现

第五章 系统同步方案测试

5.1 概述

5.2 室内无线环境测试结果

5.3 仿真信道性能测试结果

第六章 总结与展望

参考文献

致谢

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