OFDM系统小区搜索技术研究

论文摘要

OFDM（正交频分复用）技术将成为下一代蜂窝移动通信系统的关键技术之一。然而,OFDM系统的小区搜索是其一大问题,这是因为OFDM的符号周期较长,信道特性有可能在几个符号周期内发生较大变化,从而造成小区搜索的不准确和不可靠。因此,深入研究OFDM蜂窝小区中的小区搜索技术具有重要意义。本文首先介绍了OFDM系统中小区搜索的概念和过程。针对3GPP LTE（第三代移动通信长期演进）会议技术提案,分析了小区搜索信道的时频域结构,包括同步信道和广播信道。针对正在进行的LTE会议,总结了目前各大公司对于小区搜索的提案和各自特点。本文基于MOTOROLA的小区搜索方案,对OFDM系统小区搜索技术进行了深入研究。在论述OFDM蜂窝系统小区搜索技术的基础上,本文提出一种OFDM蜂窝系统的小区识别方案,该方案在每帧中最少仅需要1个OFDM符号作为同步训练符号。在完成定时同步和频率同步后,采用级联的小区识别方法,先通过在不同模式图样的子载波上加载数据,区别不同的小区组号,再由相邻的已加载数据子载波上加载不同的频域差分序列,区别不同的小区序列号。计算机仿真表明,本方案可以支持大规模蜂窝移动通信系统,并在小区间干扰严重的情况下,仍然具有较高的小区识别正确率。为了进一步提高小区搜索的性能,本文设计了一种在检测端的联合估计算法。通常的算法流程是先估计小区组号,然后估计小区序列号。而联合估计算法则联合估计小区组号和小区序列号,以使整体概率最大化,使用联合估计算法后,可在系统的识别正确率与MOTOROLA的小区搜索方案相似的情况下,增加10-20倍的可识别小区数量。本文提出的小区搜索方案,其性能与伪随机序列的结构密切相关。所以本文对如何扩展伪随机序列的长度,并保持其良好的相关性做了研究,并且归纳了小区搜索对于伪随机序列的特殊要求,总结了如何针对这些要求设计特殊的伪随机序列。仿真结果表明,合理设计伪随机序列的结构可以显著提高系统小区搜索的性能,进而提高整个系统的稳定性。本文的研究成果对于进一步开展OFDM小区搜索的伪随机序列设计研究具有一定的参考价值。本文根据3GPP LTE提案所关注的小区搜索问题,对OFDM系统小区搜索技术作了深入的研究,取得一些研究成果。小区搜索技术不仅仅是单项技术,而是与移动通信系统密切相关。因此,在MIMO（所输入输出）OFDM系统,多小区、多用户状态下的小区搜索问题还有待进一步研究。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 本文的技术背景
• 1.3 本课题研究的来源与意义
• 1.4 本文的篇章结构
• 1.5 本课题的创新点
• 第二章 OFDM 技术介绍
• 2.1 引言
• 2.2 OFDM 系统
• 2.2.1 OFDM 系统结构
• 2.2.2 OFDM 系统模型
• 2.2.3 快速傅立叶变换
• 2.2.4 保护间隔与循环前缀
• 2.2.5 MIMO-OFDM 系统
• 2.2.6 峰值平均功率
• 2.3 无线通信系统信道特征
• 2.4 本章小结
• 第三章 OFDM 同步技术
• 3.1 引言
• 3.2 时间同步
• 3.2.1 定时偏差的影响
• 3.2.2 基于循环前缀的算法
• 3.2.3 基于前导符号的算法
• 3.3 频率同步
• 3.3.1 载波频率偏差的影响
• 3.4 最大似然估计（联合估计算法）
• 3.5 本章小结
• 第四章 OFDM 小区搜索技术
• 4.1 引言
• 4.2 小区搜索结构
• 4.2.1 时频域结构
• 4.2.2 分级和不分级
• 4.3 各大公司的小区搜索方案
• 4.4 MOTOROLA 的小区搜索方案
• 4.4.1 编码序列
• 4.4.2 子载波映射
• 4.4.3 小区搜索过程
• 4.5 本章小结
• 第五章 基于子载波模版的小区搜索算法
• 5.1 引言
• 5.2 基于子载波模版的算法
• 5.2.1 算法的具体步骤
• 5.2.2 OFDM 符号的结构
• 5.2.3 帧同步和频率同步
• 5.2.4 识别小区大号码g
• 5.2.5 识别小区小号码q
• 5.2.6 多符号判决算法
• 5.3 联合识别方法
• 5.3.1 联合识别方法步骤
• 5.3.2 算法说明
• 5.4 算法实施
• 5.4.1 参数配置
• 5.4.2 生成同步信道符号
• 5.4.3 帧同步与频率同步
• 5.4.4 计算大号码g 的概率
• 5.4.5 预选小区大号码g
• 5.4.6 计算联合概率
• 5.4.7 仿真结果
• 5.5 伪随机序列的研究
• 5.5.1 PN 序列性质
• 5.5.2 子载波模版对PN 序列的要求
• 5.5.3 仿真与性能分析
• 5.6 本章小结
• 第六章 全文总结与展望
• 6.1 全文工作总结
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文