宽带集群通信系统下行物理信道研究及实现

摘要

长期演进计划(Long Term Evolution，LTE)从诞生起就受到了通信行业的高度关注。本文基于TDD-LTE物理层协议，研究了宽带集群通信系统下行物理信道的传输流程及关键技术；在TI公司的TMS320C6670多核DSP芯片上完成了收发链路的定点实现；设计了物理层与上层数据传输的接口方案并完成了上下行与上层之间初步的系统级联调测试。 本文对TDD-LTE物理层协议进行了深入研究，对基站与终端通信过程中所涉及的典型消息(包含主系统信息块和辅助系统信息块)进行了详细分析；基于下行物理信道占用的时频资源，对承载典型消息的物理信道的收发流程进行设计。 论文对下行物理信道处理流程中的关键模块进行了研究。基于MATLAB平台搭建了控制信道和业务信道的浮点仿真链路，在高斯信道与瑞利信道中，对典型参数下的传输性能进行了测试和分析。此外，论文对控制信道和业务信道在同步存在时延残差与频率残差条件下的性能进行了仿真与分析，验证了要维持系统性能在可接受范围内对系统中时间同步与频率同步精度的要求。 论文在TMS320C6670多核DSP芯片平台上搭建了基于LTE标准20M带宽的宽带集群通信系统的双DSP试验系统；对该定点链路的性能进行了测试，对比浮点链路，验证了定点链路实现过程中引入的性能损失不超过0.5dB；此外，对定点链路存在时延和频偏残差的性能进行了测试和分析。本文对DSP协处理器进行了研究，利用比特级处理协处理器完成了基站侧的CRC添加、信道编码、速率匹配与调制的处理；利用维特比译码协处理器完成了控制信道的译码；利用快速傅里叶变换协处理器完成了基站侧与用户侧的OFDM符号的生成。分析了各类消息的传输特点，在用户侧对各类消息的切换方案进行了设计和实现，测试结果满足要求。 论文在标准LTE资源结构基础上，研究了不同带宽的时频资源特点，分析DSP核资源的特点，并针对宽带集群通信系统中警务专用通信的特殊要求，实现了用于该系统的单DSP8M试验系统的设计，进行了时间复杂度测试，测试结果满足系统要求。 论文对宽带集群通信系统中物理层与MAC层的数据传输方案进行了设计，利用DSP芯片上的千兆以太网口，进行物理层与MAC层之间的参数与数据交互。同时，对物理层与MAC层之间的交互连通性进行了测试，并验证其正确性。

目录

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缩略词表

第一章 绪 论

1.1集群通信系统研究背景

1.2集群通信系统协议栈架构

1.3集群通信系统关键技术概述

1.4论文的主要内容及结构

第二章 集群通信系统下行各类信息处理设计

2.1 TD-LTE集群通信系统物理层协议

2.1.1物理层协议帧结构

2.1.2物理层协议时频资源

2.2 TD-LTE集群通信系统下行物理信道各类信息处理设计

2.2.1下行总体流程

2.2.2物理层下行MIB消息处理

2.2.3物理层下行SIB消息及业务信息处理

2.2.4物理层下行控制信息处理

2.3本章小结

第三章 集群通信系统下行物理信道收发端链路数字仿真及分析

3.1 PDCCH和PDSCH数据处理流程

3.1.1 PDCCH数据处理流程中关键模块

3.1.2 PDSCH数据处理流程中关键模块

3.2 PDCCH和PDSCH的性能仿真及分析

3.2.1理想同步条件下的数字仿真及分析

3.2.2同步存在时延残差时的数字仿真及分析

3.2.3同步存在频率残差时的数字仿真及分析

3.3本章小结

第四章 集群通信系统下行多信道DSP实现

4.1多核DSP芯片TMS320C6670及平台概述

4.1.1多核DSP概述

4.1.2 AMC-2C6670平台概述

4.2下行系统关键模块的协处理器使用

4.2.1 BCP协处理器的DSP实现

4.2.2 FFTC协处理器的DSP实现

4.2.3基于VCP的下行控制信道收端译码实现

4.3下行系统用户侧各类信息切换方案实现与测试

4.3.1 MIB、SIB与业务数据切换方案实现

4.3.2带宽信息检测机制实现

4.4用于警务通信系统的单DSP8M试验系统

4.4.1基站侧设计及实现

4.4.2用户侧设计及实现

4.5用于宽带集群通信系统双DSP20M试验系统

4.5.1基站侧设计及实现

4.5.2用户侧设计及实现

4.5.3双DSP20M试验系统性能测试分析

4.6本章小结

第五章 集群通信专网下行系统级初步测试及联调

5.1 MAC层与物理层下行DSP间的接口方案设计

5.1.1基站侧接口方案设计

5.1.2用户侧接口方案设计

5.1.3自环模拟MAC层与物理层下行数据交互连通性测试

5.1.4 DSP运行状态监测方案设计与测试

5.2 MAC层与物理层上下行联调测试

5.2.1 MAC层与上下行联调平台搭建

5.3本章小结

第六章 总结与展望

6.1本文主要工作以及贡献

6.2下一步工作建议和研究方向

致谢

参考文献

个人简历