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LTE上下行链路设计与实现

李金健  
【摘要】:长期演进项目LTE作为下一代技术标准已经被市场所接受,其主要优点有高速率、宽频谱、低时延等,因此越来越受到研究机构和运营商的重视。本文基于GNU Radio/USRP设计并实现了LTE的上下行链路。本文首先对LTE标准做了简要概述,重点讨论与本文工作相关的标准和技术细节,包括信道译码、链路层的功能、物理层帧格式、物理信道等。其次,基于分层思想,详细阐述了LTE的上下行链路设计,具体来说,将LTE上下行链路分为TUN/TAP、RLC、MAC和物理层等几个功能子层分别设计,其中使用TUN/TAP子层完成IP层与LTE二层/物理层的适配功能,便于支持各种高层业务;使用RLC子层保证数据传输的有序性和有界性;在基站侧的MAC层,设计了上下行调度器,用于对上下行信道资源进行调度分配,在终端侧的MAC层,设计了上行调度请求和状态上报机制,用于上行数据的传输控制;在下行链路的物理层主要设计实现了PBCH、PCFICH、PDCCH、PDSCH信道,上行链路设计实现了PUCCH和PUSCH。然后,使用C++在GNU Radio平台下实现了本文的设计,重点完成以下几点内容:第一,使用MAX_LOG_MAP译码算法完成信道译码,并且对分量译码器输出的外信息进行了缩放处理,避免了信道置信度值的计算,简化了译码器,高斯白噪声信道下的仿真表明,在2dB信噪比、1/2码率条件下,迭代5次误码率可达到10-5;第二,MAC层采用令牌环技术实现了上下行链路资源的简单调度,确定数据传输过程中使用的码块长度、调制方式、带宽分配等参数,并使用调度结果驱动上下行链路子帧的生成与接收;第三,重点分析了系统运行中的时序控制,为了应对软件运行中的时间抖动,论文设置了几个时间裕值来吸收时间抖动,保证系统的稳定、长时间运行,并根据实际测试给出了裕值的设定范围。最后,基于实现的上下行链路模块,在Linux中搭建了IP传输环境进行了功能和性能测试。首先使用ping命令来测试上下行链路的时延,测试表明,ping命令能够正常工作,往返时延基本稳定在135ms左右;其次,使用FTP来测试大业务量下的链路性能,测试表明,FTP能够正常工作,在3MHz带宽无线环境中,使用16QAM调制方式,编码码率为0.7,可以达到下行450KBytes/s的文件传输速率,与理论分析吻合。


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