LTE系统中主同步信号检测算法的研究与实现

论文摘要

长期演进(Long Term Evolution,LTE)系统是由3GPP(3rd Generation Partnership Project)组织发起的,它的主要目标是成为高性能的通信系统,包括更高的数据传输速度,更低的传输时延,更优化的全分组包交换和更高的小区边缘传输速率。在LTE系统中,小区搜索是移动终端在开机时与基站建立通信连接的重要过程和前提。由于主同步信号(Primary Synchronization Signal,PSS)的检测是小区搜索过程的第一步,由此可见PSS信号的检测对小区搜索非常重要。移动终端可以通过小区搜索获得所在小区和相邻小区的一些重要信息,所以PSS检测算法的研究在整个LTE系统中具有重要意义。本文首先对LTE的协议与系统进行研究与讨论,然后分析了PSS信号的重要性质与两种同步算法,在此基础上,重点研究并设计出PSS检测算法,提出了两种硬件实现架构,运用浮点的MATLAB和定点的C对PSS检测器算法进行了较为全面的性能仿真,讨论并分析几个关键因素对PSS检测性能的影响,比如说SNR,载波频偏和接收天线数,同时也分析了初始架构与优化架构的性能与面积,最后进行了硬件实现,并在FPGA平台上完成测试。本文提出的优化算法与架构能够在很短的时间内完成5ms帧定时同步、载波频偏(Carrier Frequency Offset,CFO)检测和物理层小区组内标识的识别,并且具有较好的抗频偏与抗加性高斯白噪声(AWGN)的能力。更为重要的是优化后的架构不仅具有非常好的系统性能,而且占用的资源非常少。作为LTE移动终端来说,性能和面积都是非常重要的因素。文中提出的PSS检测架构不仅具有很高的性能,而且消耗的硬件资源非常少,使得芯片面积足够小,从而大大节省了芯片的成本,完全可以将其应用于LTE终端芯片的设计应用中,具有重要的现实意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及研究现状
• 1.2 LTE 系统综述
• 1.3 课题来源及研究意义
• 1.3.1 课题来源
• 1.3.2 课题研究意义
• 1.4 本文的主要工作及内容按排
• 第2章 LTE 系统物理层简介
• 2.1 OFDM 系统
• 2.1.1 OFDM 的基本原理
• 2.1.2 OFDM 的系统架构
• 2.1.3 OFDM 的保护间隔和循环前缀
• 2.1.4 OFDM 系统中的同步
• 2.1.5 LTE 系统中的OFDM 参数选择
• 2.2 LTE 物理层的传输技术
• 2.2.1 多载波技术
• 2.2.2 多天线技术
• 2.2.3 小区搜索技术
• 2.3 LTE 帧结构和物理层信道
• 2.3.1 LTE 帧结构
• 2.3.2 LTE 下行传输信道与物理信道
• 2.4 LTE 物理层下行链路
• 2.5 本章小结
• 第3章 LTE 主同步信号检测的算法研究
• 3.1 小区搜索过程的简述
• 3.2 主同步信号的特点与性质
• 3.2.1 小区与小区标识
• 3.2.2 Zadoff-Chu（ZC）序列
• 3.2.3 主同步信号的产生
• 3.2.4 主同步信号的特点
• 3.3 主同步信号检测算法的研究
• 3.3.1 同步算法的比较
• 3.3.2 主同步算法推导
• 3.5 本章小结
• 第4章 主同步信号的算法设计
• 4.1 系统架构设计
• 4.1.1 LTE 系统下行发射端的架构
• 4.1.2 LTE 系统下行接收端架构
• 4.2 主同步信号检测流程的设计
• 4.3 主同步信号检测器的架构设计
• 4.4 主同步信号检测架构的改进与优化
• 4.4.1 需要改进的原因
• 4.4.2 改进方法
• 4.4.3 优化后的架构
• 4.5 本章小结
• 第5章 主同步信号检测的算法仿真与硬件实现
• 5.1 算法的性能仿真与比较
• 5.1.1 仿真参数的设定
• 5.1.2 信噪比对性能的影响
• 5.1.3 载波频偏对性能的影响
• 5.1.4 接收天线数对性能的影响
• 5.1.5 下采样倍数对性能的影响
• 5.2 两种架构的面积比较
• 5.3 硬件实现
• 5.4 主同步信号检测器的测试
• 5.4.1 测试平台
• 5.4.2 测试结果
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间所发表的学术论文
• 致谢