LTE系统中小区搜索初同步算法设计与硬件实现

摘要

随着3G、WiMAX、WiFi等多种无线通信技术在不断的竞争中相互借鉴和学习，无线通信技术的发展也日趋成熟。为了提高移动通信的持续竞争力，保持3GPP（3rd Generation Partnership。Project）在移动通信领域的技术及标准优势，同时满足新型业务需求，3GPP组织提出了LTE（Long Term Evolution）系统标准。比起传统的移动通信系统，LTE系统在频谱利用率、频谱带宽的可配置性、数据传输速率和对高速移动终端的支持方面均有更优的表现。
　　 小区搜索作为LTE物理层传输过程中的关键技术，直接决定了用户终端（User Equipment，简称UE）能否获得基站（Base Station，简称BS）的授权，进而建立时频同步。只有在完成小区搜索以后，UE才能够获取本小区更详细的信息以及邻近小区的信息，才可以监听寻呼或发起呼叫。因此，关于LTE小区搜索算法的研究，在无线通信LTE系统中具有重要的意义。
　　 本文着重研究小区搜索中的初同步阶段，就5ms帧定时同步、频偏检测和组内小区号识别等问题，提出了一种适用于时分双工（Time Division Duolexing，简称TDD）和频分双工（Frequency Division Duplexing，简称 FDD）两种帧结构的检测算法，该算法利用初同步信号（Primary Synchronization Signal，简称PSS）良好的自相关性特点，采用非相干检测下的相关检测方法，在LTE下行接收端的小区搜索初始阶段的时域完成。
　　 该算法的matlab模型已经完成了性能仿真，相应的C定点模型和RTL（Register Transfer Level，寄存器传输级）模型也已经完成了功能仿真。本文所提出的初同步算法能够准确完成5ms的帧定时同步、载波频偏检测和组内小区标识号识别，并具有较好的抗加性高斯白噪声（AWGN）和抗载波频偏（CFO）的能力；在硬件实现上，本文采用了一系列设计技巧，准确满足实现小区搜索初同步功能的同时，又保证了高处理速度和低硬件资源利用，这为之后的专用集成电路（ASIC）流片作好了准备，具有较为重要的现实意义。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 研究背景介绍

1.2 课题来源和研究意义

1.2.1 课题来源

1.2.2 课题研究意义

1.3 本文的主要工作和内容安排

第2章 LTE系统的物理层关键技术

2.1 OFDM技术的基本原理

2.2 LTE系统中OFDM传输的参数选择

2.2.1 系统带宽、子载波间隔和子载波数的选取

2.2.2 系统配置子载波数目Nc的选取

2.2.3 系统循环前缀CP长度Tcp的选取

2.3 LTE系统帧结构和下行基带传输方案

2.3.1 FDD和TDD两种模式下的帧结构

2.3.2 下行基带传输方案

2.4 LTE下行链路的物理层处理

2.4.1 下行链路物理信道的定义

2.4.2 下行链路中各信道的处理

2.5 本章小结

第3章 LTE小区搜索初同步理论准备

3.1 初同步信号分析

3.1.1 Zadoff-Chu序列结构及特点

3.1.2 PSS的序列设计及其在SCH中的发送形式

3.2 检测原理及同步算法

3.2.1 相干检测与非相干检测的算法描述

3.2.2 小区搜索初同步分类及常用算法描述

3.3 本章小结

第4章 LTE小区搜索初同步算法设计

4.1 接收端小区搜索初同步的位置

4.1.1 系统发射端架构

4.1.2 系统接收端架构

4.1.3 系统接收端模块分析

4.1.4 初同步在系统接收流程中的位置

4.2 检测流程

4.3 初同步算法中的前期处理设计

4.3.1 降采样设计与讨论

4.3.2 增益控制和直流移除处理

4.4 初同步算法中的核心处理设计

4.4.1 帧定时算法设计与讨论

4.4.2 载波频偏估计算法设计与讨论

4.5 本章小结

第5章 LTE小区搜索初同步算法性能仿真与实现

5.1 算法的性能仿真与分析

5.1.1 仿真参数

5.1.2 仿真结果及分析

5.2 硬件实现

5.2.1 硬件单元的分时复用

5.2.2 流水线处理

5.2.3 其他处理策略

5.3 RTL代码设计与验证

5.3.1 设计流程

5.3.2 举例说明

5.4 FPGA综合与布局布线

5.4.1 综合与布局布线的概念

5.4.2 降采样滤波器的综合与布局布线结果

5.4.3 初同步模块的功能仿真、综合与布局布线结果

5.5 本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致 谢