（通信与信息系统专业论文）ltetdd系统中小区搜索算法研究及fpga实现.pdf

重庆邮电大学硕士论文摘要 摘要 l t e 作为3 g 技术的演进，在频带利用率，带宽的可配置性和数据传输速率上 都有很好的优越性，从而受到全球的关注。而小区搜索是指移动台u e 在初始接入 小区时或移动台u e 在进行小区切换过程时，找到服务小区i d 号以及与服务小区 取得时间和频率的同步过程。作为u e 读取基站信息的前提，小区搜索过程的好坏 直接影响整个通信系统的正常通信，只有完成成功的小区搜索，才能保证移动台 u e 与基站之间实现正常的数据交换。 本文首先介绍o f d m 和m i m o 技术在l t e 系统中的应用，接着介绍与 l t e t d d 系统小区搜索算法和搜索过程机制相关的物理层知识。然后重点对小区 搜索进行了方案设计与具体分析，在此基础上提出了，l i e 在初始接入小区时的符 号同步算法，组内小区i d 号检测算法和频率同步算法： 在符号同步过程中，采用分级结构进行检测，首先对本地预先生成的三组主 同步信号进行1 2 8 点i f f t 运算，然后用基于互相关的同步算法，分别与经过降采 样的接收数据进行1 2 8 点滑动相关，然后从三组相关结果中找出最大相关值，由 最大值来确定组内小区d 号笼和粗定时同步的位置，完成粗符号同步和组内小 区d 号检测，接着通过基于c p 的最大似然检测算法来进行符号精同步操作，从 而完成小区搜索算法中的整个符号同步过程。 在频率同步算法分析中，首先利用基于c p 的最大似然检测算法来进行小数倍 频偏估计，然后利用主同步信号良好的相关特性，将接收端的信号经f f t 变换后 与本地的主同步信号进行频域相关运算，如果不存在整数倍频偏时，本地的主同 步信号序列与接收信号做相关后，峰值应该出现在相关后序列的正中间的位置； 而当存在1 1 个整数倍频偏时，则做完相关运算后，序列峰值应该出现在距离正中 间为n 个点的位置上，即偏离了中间位置n 个点。由此可得到整数倍频偏的大小， 完成整数倍频偏估计。 然后从l t e t d d 系统的发射机与接收机结构入手，对系统的结构框图进行详 细说明，讨论了小区搜索和同步在接收流程中的位置与作用，最后结合f p g a 的硬 件特性，对小区搜索中的主同步信号生成模块和f f t 处理模块等部分算法进行硬 件实现，通过时序图可以看出设计出的主同步信号模块和f f v r 处理模块满足系统 设计要求，可适用于l t e 系统中。整个分析对l t e t d d 系统的标准发展有一定的 实际意义，同时给正在开展的l t e t d d 系统的现场测试提供了一定的参考。 关键字：l t e ；小区搜索算法；同步过程；f p g a 实现 重庆邮电大学硕士论文a b s t r a c t a b s t r a c t l t e i s t h e e v o l u t i o n o f 3 g ，h a s e x c e l l e n t p e r f o r m a n c e i n s p e c t r u m u t i l i z a t i o n ，s y s t - e l t ib a n d w i d t hc o n f i g u r a t i o n ，d a t ar a t ew h i c hc o n c e r n st h eg l o b a lc u s t o m e r s t h ec e l l s e a r c hi st h es y n c h r o n i z a t i o np r o c e s sw h e nm o b i l eu ea c c e s st h en e t w o kf o rt h ef i r s t t i m eo rm o b i l eu eh a v i n gt h es w i t c h i n gp r o c e s st of m dt h es e r v i c ea r e aa n ds e r v i c e a r e ai dn u m b e r ，a n do b t a i nt i m ea n df r e q u e n c ys y n c h r o n i z a t i o np r o c e s s u et or e a d t h ei n f o r m a t i o na sa p r e r e q u i s i t ef o rt h eb a s es t a t i o n ，c e l ls e a r c hp r o c e s sw i l la f f e c tt h e e n t i r ec o m m u n i c a t i o ns y s t e mt h en o r m a lc o m m u n i c a t i o n ，o n l yt h ec o m p l e t i o no fa s u c c e s s f u lc e l ls e a r c hi no r d e rt oe n s u r et h em o b i l es t a t i o nu ea n dt h eb a s es t a t i o nt o a c h i e v en o r m a ld a t ae x c h a n g e t h i sp a p e rf i r s ti n t r o d u c e so f d ma n dm i m ot e c h n o l o g yi nt h el t e s y s t e m ，a n d t h e ni n t r o d u c e da n dl t e - t d ds y s t e mc e l ls e a r c ha l g o r i t h ma n ds e a r c hm e c h a n i s m s r e l a t e dt ot h ep h y s i c a ll a y e rk n o w l e d g e a n dt h e nf o c u so nt h ec e l ls e a r c hd e t a i l e d d e s i g na n da n a l y s i s ，a n dt h e np r o p o s et h ea l g o r i t h m s ，u ea c c e s sa r e ai nt h ei n i t i a l s y m b o ls y n c h r o n i z a t i o na l g o r i t h mw h e nt h eg r o u pd e t e c t i o na l g o r i t h mw i t h i nt h ec e l l i dn u m b e ra n df r e q u e n c ys y n c h r o n i z a t i o na l g o r i t h m i n t h e s y m b 0 1 s y n c h r o n i z a t i o n p r o c e s s ，t h e u s e o f i h i e r a r c h i c a i s t r u c t u r e o f d e t e c t i n g ，t h ef i r s tp r e g e n e r a t e db yt h eu s eo fl o c a ls y n c h r o n i z a t i o ns i g n a l st h r o u g ht h et h r e e m a i n12 8 - p o i n ti f f tt r a n s f o r m ，t h e nt h es y n c h r o n i z a t i o na l g o r i t h mb a s e do nc r o s s c o r r e l a t i o n ，r e s p e c t i v e l y ，12 8 - p o i n ta n dr e c e i v i n gd a t a ，s l i d i n gc o r r e l a t i o n ，r e l e v a n t r e s u l t sf r o mt h et h r e eg r o u p st of i n dt h em a x i m u mc o r r e l a t i o nv a l u e ，t h em a x i m u m v a l u et od e t e r m i n et h eg r o u pi dn u m b e ra n dc e l ll o c a t i o no fc o a r s et i m i n g s y n c h r o n i z a t i o n ，c o m p l e t et h ec o a r s es y m b o ls y n c h r o n i z a t i o na n dc e l li dn u m b e r w i t h i nt h et e s tg r o u p ，a n dt h e nc p b a s e dm a x i m u ml i k e l i h o o ds y m b o ld e t e c t i o n a l g o r i t h mf o rf i n es y n c h r o n i z a t i o n ，c e l ls e a r c ha l g o r i t h mi no r d e rt oc o m p l e t et h e w h o l ep r o c e s so fs y m b o ls y n c h r o n i z a t i o n p r o p o s e d a n a l y s i s o f t h e f r e q u e n c y s y n c h r o n i z a t i o n a l g o r i t h m ，f i r s tt h ec p - b a s e dm a x i m u m l i k e l i h o o dd e t e c t i o na l g o r i t h mf o rt h e f r a c t i o n a lo f r e q u e n c yo f f s e te s t i m a t i o n ，a n dt h e n u s e t h e m a i n r e l e v a n t c h a r a c t e r i s t i c s o f a g o o d s y n c s i g n a l ，t h e r e c e i v e r s i g n a l t r a n s f o r - r e e db yt h ef f tw i t ht h el o c a lp r i m a r ys y n c h r o n i z a t i o ns i g n a lf r e q u e n c yd o m a i n c o r r e l a t i o n o p e r a t i o n ，i ft h e r e i sn oi n t e g e r f r e q u e n c yo f f s e t ，t h el o c a lp r i m a r y s y n c h r o n i z a t i o ns i g n a ls e q u e n c ea s s o c i a t e dw i mt h et r a n s m i t t e ds i g n a lt od oa t t e rt h e h 重庆邮电大学硕士论文 a r e rt h ep e a ks h o u l da p p e a ri nt h er e l e v a n ts e q u e n c ei nt h em i d d l ep o s i t i o n ；a n dw h e n t h e r ei sa ni n t e g e rf r e q u e n c yo f f s e tw h e nn ，t h ec o r r e l a t i o no p e r a t i o ni sd o n e ，t h ep e a k o ft h es e q u e n c es h o u l da p p e a ri nt h em i d d l ed i s t a n c ea st h ep o s i t i o no fnp o i n t st h a t d e v i a t e df r o mt h ec e n t e ro fnp o i n t s t h u st h es i z eo fi n t e g e rf r e q u e n c yo f f s e tc a nb e o b t a i n e dt oc o m p l e t et h ei n t e g e rf r e q u e n c yo f f s e te s t i m a t i o n t h e nt h el t e t d ds y s t e m st r a n s m i t t e ra n dr e c e i v e rs y s t e ma n dt h eo v e r a l l f u n c t i o nm o d u l ei si n t r o d u c e d ，a n di n t r o d u c e dt h es y s t e ms t r u c t u r eo ft h er e c e i v e ra n d t r a n s m i t t e rb yd i a g r a m ，a n dt h e nd i s c u s s e st h er o l ea n dp o s i t i o nr e c e i v i n gp r o c e s so f t h ec e l ls e a r c ha n ds y n c h r o n o u sp r o c e s s ，t h e nt h er o u g ht i m i n ga n dr e s i d e n t i a ls y m b o l s o fc e l l1 i ) i dg r o u pi n s p e c t i o nm o d u l eo nm o d u l ed e s i g n f i n a l l y ，w i t hf p g ah a r d w a r e f e a t u r e s ，r e s e a r c h e dt h ep r i m a r ys y n c h r o n i z a t i o ns c h e m eg e n e r a t e dm o d u l ea n df f t s i g n a li tc a nb es e e nt h r o u g ht h ed e s i g no ft h et i m i n gp r i m a r y s y n c h r o n i z a t i o ns i g n a l m o d u l ea n dt h ef f t p r o c e s s i n gm o d u l et om e e tt h es y s t e mr e q u i r e m e n t s ，a p p l i c a b l et o l t es y s t e m t h ea n a l y s i so fl t e - t d ds y s t e mh a v et h ep r a c t i c a ls i g n i f i c a n c et ot h e s t a n d a r dd e v e l o p m e n ta n dp r o v i d ear e f e r e n c et ot h el t e t d ds y s t e mf i e l dt e s t k e y w o r d ：l t e ；c e l ls e a r c ha l g o t i t h m s ；s y n c h r o n o u sp r o c e s s ；f p g a i m p l e m e n t a t i o n i i i 重庆邮电大学硕士论文 缩略表 3 g 3 g p p 1 6 q a m 6 4 q a m k 稍g n b 3 g b c h b p s k c c e c ：d m a c f 0 c p d f t d f t - s o f d m d w p t s e n o d e b e u t r a e u t r a n f d d f f t g p h s d p i a i c i i d f t i f f t i s i l t e m b m s m i m o m l o f d m p a p r p b c h p r b p s p s s q p s k r a n r b r e 缩略表 t h et 1 1 i r dg e n e r a t i o n t l l i r dg e n e r a t i o np a r t n e r s h i pp r o j e c t 16 q u a d r a t u r ea m p l i t u d em o d u l a t i o n 6 4 q u a d r a t u r ea m p l i t u d em o d u l a t i o n a d d i t i v e 呲eg a u s s i a nn o i s e b e y o n d3 g b r o a d c a s tc h a n n e l b i n a r yp h a s es h i f lk e y i n g c o n t r o lc h a n n e le l e m e n t c o d e d i v i s i o nm u l t i p l e x i n g a c c e s s c a r r i e rf r e q u e n c yo f j f - s e t c y c l i cp r e f i x d i s c r e t ef o m r i e rt r a n s f o r m d f t - s p r e a do f d m d o w n l i n kp i l o ts 1 0 t e v o l v e dn o d e b e v o l v e du t r a e x t e n d e dt h d i c a lu r b a nm o d e l f r e q u e n c yd i v i s i o nd u p l e x f a s tf o u r i e rt r a n s f o r m g u a r dp e r i o d h i g hs p e e dd o w n l i n kp a c k e ta c c e s s i n t e rc a r r i e ri n t e r f r e n c e i n v e r s ed i s c r e t ef o u r i e rt r a n s f o r m i n v e r s ef a s tf o u r i e rt r a n s f o r m i n t e rs y m b 0 1i n t e r f e r e n c e l o n gt e r me v o l u t i o n m u l t i m e d i a b r o a d c a s tm u l t i c a s t s e r v i c e m u l t i p l ei n p u tm u l t i p l eo u t p u t m a x i m u ml i k e l i h o o d 第三代移动通信 第三代合作伙伴 1 6 正交调幅 6 4 正交调幅 加性高斯白噪声 超3 g 广播信道 二相相位键控 控制信道粒子 码分多址 载波频率偏移 循环前缀 离散傅里叶变换 d f t 扩展o f d m 下行导频时隙 基站 演进型u t r a 演进型u t r a n 频分双工 快速傅里叶变换 保护间隔 高速下行分组接入 载波间干扰 离散反傅里叶变 反快速傅里叶变换 符号间干扰 长期演进计划 多媒体广播和多播 多输入多输出 最大似然 o r t h o g o n a lf r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g 正交频分复用 p e a ka v e r a g ep o w e rr a t e峰均功率比 p h y s i c a lb r o a d c a s tc h a n n e l物理广播信道 p h y s i c a lr e s o u r c eb l o c k p a c k e ts w i t c h p r i m a r ys y n c h r o n i z a t i o ns i g n a l q u a d r a t u r ep h a s es h i l f ik e y i n g r a d i oa c c e s sn e t w o r k r e s o u r c eb l o c k r e s o u r c ee l e m e n t v i 物理资源块 分组交换 主同步信号 正交相移键控 无线接入网 资源块 资源元素 重庆邮电大学硕士论文 缩略表 r e g r n c r s s a e s c f d m a s i s n r 。s s s t d d t d s c d m a u p p t s u e v o i p u p p t s w i 鼢a x r e s o u r c ee l e m e n tg r o u p r a d i on e t w o r kc o n t r o l l e r 资源元素组 无线网络控制器 r e f e r e n c es i g n a l参考信号 s y s t e ma r c h i t e c t u r ee v o l u t i o n 系统架构演进 s i n g l e c a r r i e r f r e q d i v i s i o n m u l t i p l e a c c e s s 单载波频分多址 s t u d yi t e m 研究阶段 s i g n a lt on o i s er a t i o 信噪比 s e c o n ds y n c h r o n i z a t i o ns i g n a l辅同步信号 t i m ed i v i s i o nd u p l e x时分双工 t i m ed i v i s i o ns y n c h r o n o u sc d m a时分同步码分多址 u p l i n kp i l o ts l o t 上行导频时隙 u s e re q u i p m e n t v o i c eo v e ri n t e r n e tp r o t o c o l u p l i n kp i l o ts l o t w o r ki t e m w o r l d w i d e i n t e r o p e r a b i l i t y f o r m i c r o w a v e i 终端 网络电话 上行导频时隙 工作阶段 全球微波互联接入 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 1 1 研究背景介绍 第一章绪论 近几年随着计算机通信、互联网、多媒体技术的发展，人们对数据、语音、 音频、图像等高速率宽带信息的接入要求也越来越高，现有的无线接入系统已不 能满足人们对高速通信的需求，因此迫切需要采用一种新技术来改进现有的无线 系统，以提高通信速率。这种需求使得对高速率通信技术的研究变得越来越迫切。 移动化，宽带化，口化，数字内容成为技术发展与演进的方向【l 】。为了保持3 g p p 在移动通信领域的优势，2 0 0 4 年底，第3 代合作伙伴计划3 g p p 开始了通用移动 通信系统( u n i v e r s a lm o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o n ss y s t e m ，u m t s ) 技术的长期演进 ( l t e ) ，以加快网络结构演进，满足用户需求，l t e 系统由此产生，它是在继 承现在技术的基础上，综合4 g 的部分核心技术提出来的【2 】。 3 g p p 的l t e 系统研发分成技术可行性研究s t u d yi t e r m 和技术标准撰写工作 w o r ki t e r m 两个阶段睇j 。 l t e 系统支持可配置带宽，带宽范围从1 4 m h z 到2 0 m h z ，且系统采用 0 f d m a f d m a 技术取代c d m a 技术。在2 0 m h z 带宽内，上下行链路峰值数据 速率为1 0 0 m b p s 和5 0 m b p s ，对应的频谱效率为5 b i t s h z 和2 5 b i t s h z 2 】【3 1 。这里的 前提条件是用户终端具有两根接收天线和一根发射天线【4 】。在网络架构方面，l t e 系统取消了r n c 网元，采用了全m 化的扁平网络结构，以降低用户平面延时【2 】【3 1 。 e u t r a n 仅由e n o d e b 构成，e n o d e b 之间通过x 2 接口互连，每个e n o d e b 又通 过s 1 接口和演进型分组核心网e p c 相连【2 】。在系统结构演进方面，使用s a e 和 e p c 结构，以满足用户更高速率的需求【2 】【3 1 。 对于每个移动通信系统来说，当用户终端l i e 开机之后，首先通过一个小区 搜索过程来寻找一个合适的小区或者基站，以实现自己的接入请求服务【5 】【6 】。l t e 系统也不例外。当u e 开机之后，u e 首先选择公用陆地移动通信网( p u m n ) 会 进行小区搜索，以搜索合适的小区进行驻留。u e 在完成小区搜索之后，将获得 小区的下行同步信息和与位置有关的特定标识号，以作为后续接入服务的重要参 数【2 】【5 1 。驻留在已选定的小区之后，u e 还将对物理广播信道进行解码( p b c h ) ，以 获得关键的系统信息。然后l i e 在跟踪区域进行注册，就能接收寻呼信道中的寻 呼信息，从而进行r r c 连接【7 】。因此，小区搜索作为用户终端u e 接入l t e 通信 系统的第一步工作，它的搜索性能的好坏和搜索复杂程度对l t e 系统研究来说是 一个很重要的因素1 2 】1 6 】。 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 由于目前商用的系统大多为2 g ，2 5 g 和3 g 系统，因此大多数小区搜索方案 都是基于c d m a 技术，而这些系统与l t e 系统有很大的区别【2 】。因此这些小区 搜索方法不能直接应用于l t e 系统中，需要研究一种适用于l t e 系统的小区搜 索方法。这就是本文的出发点。 本文先对l t e t d d 系统的帧结构，下行处理流程，下行物理信道和同步信 号进行介绍，然后对小区搜索过程和同步信号进行研究，重点对小区搜索过程中 的同步算法进行分析与仿真，然后从l t e t d d 系统的发射机与接收机结构入手， 对系统的结构框图进行详细说明，讨论了小区搜索和同步在接收流程中的位置与 作用，最后结合f p g a 的硬件特性对小区搜索过程中的主同步信号生成模块和 f f t 变换模块等关键部分进行硬件实现。整个分析对l t e t d d 系统的标准发展 有一定的实际意义，同时给现在正在开展的l t e t d d 系统的现场测试提供了一 定的参考。 1 2 课题来源和研究现状，研究意义 1 2 1 课题来源与研究现状 本课题来源于基金项目：“新一代宽带无线移动通信网”国家科技重大专项 t dl t e 无线综合测试仪表开发( 2 0 0 9 z x 0 3 0 0 2 0 0 9 ) ，项目从2 0 0 9 年到今，目前 已完成物理层和协议栈链路联调阶段。 由于l t e 系统采用o f d m 斛d m a 技术，而o f d m 技术对同步的要求很高， 尤其对频率偏移和相位偏移很敏感【8 】【们。因此同步技术是l t e 物理层设计中的关 键技术，同步模块设计的好坏将直接影响该系统的整体性能。 在e u t r a n 中，小区搜索过程包括u e 与小区取得同步，获得小区i d 等信 息 2 】。而同步过程主要包括时间同步和频率同步两部分。同步过程可以分成如下 三个步骤：第一步：取得下行时间同步。第二步：取得下行频率同步。第三步： 获得小区d 组号和组内小区d 号【l 们。每个移动终端u e 利用对下行链路的主同 步信号和辅同步信号进行检测，得到与小区之间的时间同步和频率同步，然后进 一步得到小区i d 组号和组内小区i d 号，然后解p b c h 信道，得到关键系统信息 】【1 2 】。检测到的同步参数不仅用于下行链路，还可以应用于上行链链路传输过程。 然而在l t e t d d 系统的实际应用中，由于传输信道的的特殊性，会产生多 径效应从而引起频率选择性衰落和时间选择性衰落，同时由于用户终端u e 的移 动性会产生多普勒效应，产生多普勒频移，从而影响同步过程【l 】【1 3 】。在这个过程 中，e n o d e b 将检测上行同步信号，通过合理设置时间提前量完成上行同步【l 0 1 。 2 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 同步的最后一个过程是对检测出的同步误差作出正确的纠正，基站可以很好 的调整相关参数( 即估计到的同步误差) 来进行合理补偿，也可以采用先进的数字 信号处理技术进行纠正【1 0 j 。 随着技术的进步，针对o f d m 多载波调制系统的同步估计已经有很多精典算 法。如v a n - d e - b e e k 的最大似然估计算法，s c h m i d l 和c o x 的基于训练序列的同步 算法掣1 4 】【1 5 】。且由于m i m o ，o f d m 系统的出现，也有一些适用于该系统的时间 和频率偏移算法【l 引。但是在这些研究中并没有给出完整的流程与算法分析，因此 对l t e 系统小区搜索过程中的同步算法研究有一定的科研意义l 引。 1 2 2 课题研究意义 在移动通信系统中，小区搜索是用户终端u e 与基站b s 建立连接的第一步。 当u e 处于r r ci d l e 状态下，可进行小区选择与重选过程，即确定驻留在哪个 小区，小区选择过程中需要考虑每种无线接入技术的每一个适用的频率，无线链 路质量和小区状态。当u e 处于r r cc o m 旺c t e d 状态时，e u t r a n 分配无线 资源给l i e ，在通信过程中进行小区切换。无论l i e 处于哪种状态，都需要依靠小 区搜索与b s 进行联系【6 】【1 0 】。小区搜索过程就是l i e 与小区取得时间和频率同步， 并检测出该小区的小区i d 号以及广播信息的过程【1 7 】。因此小区搜索的设计将直 接关系到l t e 系统整体性能的好坏。其中，系统带宽和系统帧号，天线数目将通 过解物理广播信道( p b c h ) 来获得，随机接入过程需要通过随机接入信道( p r a c h ) 来完成【1 8 】。 因此，进一步研究l t e 小区搜索算法对l t e 整体性能的提升很有帮助，具 有很大的现实意义。 本文针对l t e t d d 系统中的小区搜索算法研究与硬件实现，其意义在于： ( 1 ) 介绍l t e t d d 系统的帧结构和下行处理流程，物理信道，物理信号，并 对同步信号的生成，映射和相关特性进行研究，并结合系统研究小区搜索的整体 过程。 ( 2 ) 给出小区搜索同步检测算法，解决用户终端l i e 和b s 之间的符号同步， 5 m s 半帧同步，频偏估计以及小区i d 组中的小区d 号。 ( 3 ) 从l t e t d d 系统的发射机与接收机结构入手，对系统的结构框图进行详 细说明，讨论了小区搜索和同步在接收流程中的位置与作用。并结合f p g a 硬件 特性，对符号粗定时与的组内小区i d 号检测模块进行设计，最后对小区搜索过 程中的主同步信号生成模块和f f t 处理模块进行硬件实现。 3 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 总之，本课题是从l t e t d d 物理层协议入手，通过对物理层协议的学习， 总结出小区搜索过程，以及同步检测算法，并对其中的关键部分进行硬件实现。 这一整套过程对l t e 系统的研究具有理论指导和现实意义。 1 3 论文的主要工作和安排 本文首先介绍了本课题的研究背景，研究现状和研究意义，然后对l t e t d d 系统中使用的关键技术o f d m ( o r t h o g o n a lf r e q u e n c y d i v i s i o nm u t i p l e x i n g ，正交频 分复用) 和m i m o ( m u l t i p l e m p u tm u l t i p l e o u t p m ) 原理进行介绍，并对l t e t d d 系统下行链路帧结构的设计以及相关重要参数的选择进行分析。接着对物理下行 链路整体处理流程进行阐述，重点对小区搜索过程和下行链路中的同步信道进行 研究，对主同步信号和辅同步信号的产生，映射，相关特性进行分析，对采用作 为主同步信号的z c 序列和采用作为信辅同步信号的m 序列进行一定的研究。与 此同时，对相干检测和非相干检测进行了介绍。接着整体分析了定时，频偏和采 样速率对小区搜索的影响。然后对小区搜索过程中的同步算法( 定时同步，组内 小区i d 号，小数倍频率，整数倍频率) 进行研究与仿真，得到适合于l t e t d d 系统中的小区搜索方案和同步算法。最后对l t e t d d 系统的发射机结构和接收 机结构进行了功能模块划分和分析，并结合系统特点描述出小区搜索和同步过程 在接收系统中的作用与位置，然后对小区搜索过程中的符号同步，小区d 号检 测模块进行了系统设计，并对小区搜索过程中主同步信号生成模块和f f t 处理模 块进行硬件实现。 论文主要分成六部分，各章节的主要内容作如下安排： 第一章：绪论 主要对l t e t d d 系统的研究背景进行介绍，以及本论文的课题来源和研究 现状，以及研究本课题的意义，最后对论文有一个整体架构设计。 第二章：l t e t d d 系统物理层关键技术 首先对l t e t d d 系统中使用的关键技术o f d m ( o r t h o g o n a lf r e q u e n c y d i v i s i o nm u t i p l e x i n g ，正交频分复用) 和m i m o ( m u l t i p l e m p u tm u l t i p l e o u t p u t ， 多输入多输出) 进行介绍。接着对l t e 系统下行链路使用的参数进行分析，然后 对l t e t d d 系统的帧结构，下行资源结构，下行传输处理流程及参数配置进行 说明，最后对下行物理信道，物理信号进行分析。 第三章：l t e t d d 系统小区搜索分析及同步信号研究 首先对l t e t d d 系统中的小区搜索处理流程进行分析，然后对下行同步信 号( 主同步信号，辅同步信号) 进行时频分析及子载波映射情况介绍，重点对同 4 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 步信号的产生，映射和相关特性进行了仔细的研究，最后根据l t e 系统结构，对 相干检测与非相干检测进行了介绍，为小区搜索算法的设计提供理论依据。 第四章：l t e t d d 系统小区搜索算法研究 本章是本文的重点，重点分析了l t e 系统中小区搜索算法。首先分析了各种 同步条件( 定时同步，频率同步，采样同步) 对小区搜索的影响，接着对同步定 时中的符号粗定时，组内小区i d 号，符号精同步，半帧定时等算法进行研究与 分析，然后对小数倍频偏和整数倍频偏算法进行研究与仿真。最后根据l t e 系统 物理层协议，找到适用于l t e t d d 系统的小区搜索方案和同步算法。 第五章：l t e t d d 系统小区搜索同步算法部分硬件实现 本章也是本文的重点，从l t e t d d 系统的发射机与接收机结构入手，对系 统的结构框图进行详细说明，讨论了小区搜索和同步在接收流程中的位置与作用。 在理解l t e t d d 系统小区搜索算法基础上，结合硬件的设计流程和实现特性， 对小区搜索过程中的主同步信号产生模块和f f t 处理模块等相关部分进行硬件实 现。 第六章：结论与工作展望 对本文所做的主要工作进行了总结，并指出今后需要进一步研究和考虑的方 向，对下一步的工作进行了展望。 1 4 本章小结 本章主要介绍了本文的研究背景和课题来源及研究现状。对l t e t d d 的发 展现状进行了概述，并分析了l t e t d d 系统的小区搜索技术的现状与发展趋势， 最后对本文的主要工作做了安排。 5 重庆邮电大学硕士论文 第二章l t e - t d d 系统物理层关键技术 第二章l t e t d d 系统物理层关键技术 l t e 系统采用o f d m 技术和m i m o 技术，其中o f d m 是一种特殊的多载波 调制技术，它把有效的信号传输带宽细分为多个窄带子载波，并使其相互正交， 在每一个子载波上都可以单独或者成组的传输独立的信息流，具有良好抗多径干 扰能力和很高的频谱利用率。并且o f d m 技术可以在移动环境下提供高速数据流 和视频等多种应用【l9 1 。 m i m o 技术是一种多天线技术，可以把空间域看成另一个新资源，是无线移 动通信领域智能天线技术的重大突破。该技术在不增加带宽的情况下成倍地提高 通信系统的容量和频谱利用掣2 0 】。 2 1o f d m 系统基本原理 频分复用技术( f d m ) 其实是一种传统的技术，它是将较宽的频带分成若干较 窄的子带，进行并行传输的方法。但是为了避免相邻子载波间的干扰，就在相邻 的子载波间保留较大的保护间隔，这样大大降低了频谱效率。然而随着数字信号 处理技术的发展，尤其是f f t ( 快速傅里叶变换) 的发展，使得f d m 频分多址技术 有了更大的发展。f f t 允许将f d m 的各个子载波重叠排列，同时也保持子载波 间的正交性。部分重叠的子载波排列可以大大提高频谱效率如图2 1 所示。因此 o f d m 技术不同于传统的多载波调制系统，它利用子载波的相互正交性，大大提 高系统的频带利用率和抗多径干扰能力【2 1 | 。 述。 频率 图2 1f d m 与o f d m 带宽利用率的比较 一般的，o f d m 信号可以表示为一组并行传输的调制载波信号如式2 1 所描 6 重庆邮电大学硕士论文第二章l t e - t d d 系统物理层关键技术 ) = r e 荟枷砸一。2 ) e x p j 2 矾f _ u 】 铎压”r 式( 2 1 ) 【0t 丁+ 谚是分配给每个子载波上传输的符号，是o f d m 系统的子载波数，t 是 o f d m 的符号间隔，矩形函数r e c t ( t ) = l ，i t = m ，也就是m 个子载波上时域信号的叠加波形。在将i f