TD-LTE宽带无线集群通信系统随机接入算法研究与实现

摘要

集群通信系统作为专用无线通信网络的一种，主要用于满足户外作业中统一指挥和生产调度等通信需求，并拥有着部署灵活、呼叫快速、故障弱化以及安全保密等特点，在航空通信、交通运输、公共安全等大量专用通信领域得到了广泛应用。随着无线高速业务的快速发展，集群移动通信系统对宽带多媒体业务的需求也日益增加，使得发展新一代的数字宽带集群通信系统成为必然。因此在公网通信系统中，已经商用并趋于成熟的 LTE通信标准，凭借其高速、高效及低时延等显著优势，成为宽带无线集群系统演进技术的不二选择，更进一步地说，研究基于TD-LTE技术的集群通信系统对我国专网发展还有着特殊意义。
　　在上述背景下，本文依托于 TD-LTE宽带无线专网的国家重大科技专项，对TD-LTE集群系统中的随机接入技术进行了深入研究。首先，从 TD-LTE上行物理层关键技术入手，重点介绍了其中的上行同步技术，并对标准协议中的物理随机接入信道设计进行了详细解析。
　　然后，针对 TD-LTE集群系统中随机接入物理层前导信号的检测接收算法，参考3GPP TS36.104规范中的基本要求，对 TDD模式所特有的前导格式4进行了AWGN信道与ETU70信道下的检测性能仿真与分析，确定了一种切实可行的检测算法。其次，还根据前者的基本检测原理，考虑空地集群通信中的航空场景，基于前导格式3的接入设计，针对物理帧结构优化及检测算法的改进给出了一些建议，并通过相应的仿真比较证明了改进方案的有效性。
　　随后，基于 Virtex-6 FPGA芯片完成了随机接入前导检测算法各个 FPGA模块的逻辑设计与功能仿真，并确保仿真结果满足设计要求。最终在 MicroTCA硬件平台上搭建了 TD-LTE集群系统模型，以及通过测试验证了算法实施的可行性。

目录

声明

缩略词表

第一章 绪论

1.1数字集群通信的发展历程

1.2 TD-LTE概述

1.3本文主要工作及结构安排

第二章 TD-LTE系统上行物理层关键技术

2.1 TD-LTE系统帧结构和上行物理信道

2.2 TD-LTE上行多址传输技术

2.3 TD-LTE上行同步技术

2.4本章小结

第三章 TD-LTE集群系统随机接入技术研究及检测算法仿真

3.1物理随机接入信道设计

3.2 TD-LTE集群系统PRACH接收端算法设计

3.3 TD-LTE前导格式4检测性能仿真与分析

3.4空地集群通信中的PRACH接入设计改进

3.5本章小结

第四章 TD-LTE集群系统随机接入技术FPGA实现及验证

4.1 MicroTCA开发平台介绍

4.2 TD-LTE宽带集群前导检测算法FPGA实现

4.3 TD-LTE宽带集群硬件平台实现架构

4.4硬件平台测试及验证

4.5本章小结

第五章 总结与展望

5.1本文工作总结

5.2未来研究方向展望

致谢

参考文献

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学位论文答辩后勘误修订说明表