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LTE物理层下行链路同步技术的研究与实现

田宇  
【摘要】:摘要:LTE(Long Term Evolution)是3GPP (3rd Generation Partnership)组织在2005年3月份启动的长期演进项目。与第三代移动通信技术相比,具有峰值传输速率高,用户面传输延迟短的特点。LTE下行链路主要采用了OFDMA多址方式,OFDM系统对于频率相位偏差较为敏感,同步误差较大会对子载波间的正交性造成影响,引起子载波和符号间干扰,从而降低了移动通信系统的可靠性。因此,同步技术是OFDM系统的重要一环。 论文设计了一种基于PSS(Primary Synchronization Sequence,初同步)序列的互相关检测算法,此算法完成了用户终端接入基站的小区搜索过程。LTE下行链路的同步技术主要分为小区搜索和载波频偏估计。小区搜索算法是指用户终端在初始接入或小区切换状态下获取小区ID号的过程。利用Matlab仿真平台,论文研究了PSS序列时域和频域的自相关性,对帧同步中常用的互相关检测算法以及差分相关检测算法进行了性能比较,分析结果得出了两种算法的优异特性。此外,论文根据PSS序列的生成方式,探究了采用差分相关检测算法时出现的类周期分布现象,得到了差分相关检测算法用于LTE下行链路同步部分性能降低时的主要原因。 论文对LTE下行链路载波频偏估计算法进行了设计与实现。在无线通信系统中,由于接收机的晶振频率精度有一定误差,且用户终端在高速移动环境下会产生多普勒频移,导致接收机频率误差较大,需要进行载波频偏估计。载波频偏估计分为整数倍偏移估计(IFO, Integer Frequency Offset),小数倍偏移估计(FFO,Fraction Frequency Offset)和残留偏移估计(RFO, Residual Frequency Offset).论文设计了一种极性辅助的基于CP(Cyclic Prefix,循环前缀)的FFO估计方法以及基于信道相关特性考虑的PSS差分相关计算IFO估计方法。通过软件仿真分析得出了该方案的优异特性。 论文设计了LTE下行链路接收机同步部分的具体实现流程,给出了一套定点化分析的完整方案,对同步部分涉及的PSS检测以及CP类型检测模块进行了FPGA硬件设计与实现,运用FIFO (First Input First Output,多输入多输出)技术以及Pipeline(流水线技术),对硬件程序进行了优化,显著降低了资源消耗,为之后的解调及MIMO检测等模块预留更多的FPGA资源片。


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