TDD-LTE标准下MIMO-OFDM同步技术设计与实现

摘要

LTE引入了OFDM和MIMO等关键技术，传输性能得到极大提升。正交频分复用OFDM技术具有高频谱利用率、高速率传输以及能够有效抵抗频率选择性衰落等优点，但由于多载波技术原理，OFDM系统对定时偏差与频率偏移更加敏感，定时偏差与频偏所引入的符号间干扰(ISI)与子载波间干扰(ICI)将引起OFDM系统性能的急剧下降。如何有效的解决LTE标准下的MIMO-OFDM系统同步误差，克服多普勒频移的影响，满足对用户终端的同步定时与小区搜索的需求，是提升LTE系统传输性能、改进服务质量的关键因素。本文的主要工作是围绕MIMO-OFDM技术，分析现有的同步技术方案，在此基础上筛选出适合LTE标准下的MIMO-OFDM同步技术方案以及小区搜索方案，并在此基础上，完成相关同步算法基于DSP平台的下行同步系统设计与实现。
　　论文首先介绍MIMO-OFDM技术原理，分析了定时误差与频偏对于OFDM系统所带来的影响，然后结合MIMO技术，对于当前的一些经典的MIMO-OFDM同步算法进行了分析比较。其次，论文对于LTE协议展开讨论，重点介绍TDD模式下LTE物理帧特点以及相关的同步信号生成及映射方式。TDD-LTE系统所采用的主同步序列PSS由Zadoff-Chu(ZC)序列生成，具有良好的相关特性，因此可以考虑基于PSS序列的相关运算来完成粗定时同步。PSS在每个帧内发送两次，每个半帧中含有一个PSS序列，通过对半帧长度数据的检测，能够较快地获取粗同步点；在完成粗定时同步基础上，采用M-Part相关算法在PSS的基础上可以计算出小数倍频偏估计，然后利用PSS的频域自相关特性能够较为准确的检测出整数倍频偏；在完成频偏补偿的基础上，最后完成细定时和帧同步，以及小区ID检测。
　　最后，论文在相关同步算法的基础上，基于TCI6474多核DSP平台初步完成了相关同步算法TDD-LTE下行同步系统设计与实现。论文给出了三个DSP内核的工作流程，讨论了包括QPSK调制模块、IFFT调制模块、定时同步模块、频偏估计以及补偿模块等DSP同步系统的具体设计与实现方案。研究结果表明，在DSP平台上设计实现的定点同步技术方案能够获得与浮点同步技术方案相当的同步性能。