（通信与信息系统专业论文）lte系统终端小区重选技术研究与实现.pdf

摘要 摘要 作为3 g 的演进技术，l t e ( l o n gt e r me v o l u t i o n , 长期演进) 主要满足人们对未 来移动通信数据业务日益增长的要求。它采用o f d m ( i e 交频分复用) 、m i m o ( 多 输入多输出) ，以及高阶调制等核心技术，在2 0 m h z 频谱带宽能够提供下行 1 0 0 m b p s 、上行5 0 m b p s 的峰值速率，改善了小区边缘用户的性能，提高小区容量 和降低系统延迟，同时具有频谱利用率高、频谱配置灵活等优点。因此，研究l t e 相关技术具有重要的意义。 本文以l t e 的小区重选作为研究l t e 技术的着眼点，对基于l t et d d 系统 的小区重选流程设计以及相关的物理层任务进行了研究，并给出了小区重选过程 的性能仿真及实现。论文首先简要介绍了论文的研究背景及l t e 系统的核心技术， 然后分析了小区重选过程中的相关协议，对小区重选过程中的相关流程进行了梳 理，并对小区重选的物理层性能进行仿真，最后给出了物理层在d s p 上的具体实 现。 本文将小区重选流程设计为小区测量、重选判决、邻近小区同步、系统消息 读取四个模块。重点选取了难度相对较大的邻近小区同步和小区测量进行了实现 方案改进，并通过搭建l t e 系统仿真平台，在基带信号中插入同步信号和小区专 用参考信号并通过e p a e v a e t u 三种信道模型，在接收端对r s r p r s r q 的测量 结果和同步模块进行性能仿真。在小区测量模块中，本文提出在接收信号中去除 空载波的平均功率，采用6 r b 作为小区测量带宽的实现方案，并通过仿真不同因 素对协议要求r s r p r s r q 上报值的影响，得出其方案可行的结论。在同步模块中， 本文针对时间同步提出f f ，r 分段重叠相加实现线性卷积的方法；针对频率同步提 出采用p s s 最大似然法进行第一次同步，p s s 和s s s 频率冲击响应的相位差来进 行第二次同步的方法。接着论文对同步模块算法的改进进行了仿真，仿真结果表 明信号通过不同环境的信道，接收端都能够达到协议中要求的同步精确值。最后 本文选取t m s 3 2 0 c 6 4 5 5 芯片对区重选相关的物理层部分在d s p 进行了具体实现。 关键字：l t e ，物理层，小区重选，同步，测量 a b s t r a c t a st h el e a d i n gt e c h n o l o g ye v o l u t i o no f3 0 , l t e ( l o n gt e r me v o l u t i o n ) c a l lm e e t p e o p l e sg r o w i n gr e q u i r e m e n t so fm o b i l ec o m m u n i c a t i o nd a t ab u s i n e s si nt h ef u t u r e i t c a ns u p p l yp e a kr a t ew i 也d o w n s t r e a m10 0 m b p sa n du p s t r e a m5 0 m b p so n2 0 mh z s p e c t r a lb a n d w i d t h , u s i n gt h ec , o r et e c h n o l o g ys u c ha so f d m ，m i m o ，a n dh i 【g l l o r d e r m o d u l a t i o n t h e s ec o u l di m p r o v et h ep e r f o r m a n c e so fu s e r si nt h ee d g eo fc o m m u n i t y , i n c r e a s et h ec a p a c i t yo fc o m m u n i t ya n dr e d u c et h ed e l a yo fs y s t e m ，a l s op o s s e s st h e a d v a n t a g e ss u c ha sh i g h - u s a g es p e c t r a lb a n d w i d t h , a n df l e x i b l es p e c t r a lb a n d w i d t h c o n f i g u r a t i o n s s o ，i ti so fg r e a ti m p o r t a n c et or e s e a r c ho nl t ea n dr e l a t i v et e c h n o l o g y t h i sp a p e rf o c u s e so nl t e sc e l lr e s e l e c t i o n , c o n d u c t sr e s e a r c ho nt h ed e s i g no f c e l lr e s e l e c t i o na n dr e l a t i v ep h y s i c a la s s i g n m e n t sb a s e do nl t et d d ，a n dg i v e sc e l l r e s e l e e t i o n sp e r f o r m a n c es i m u l a t i o na n di m p l e m e n t a t i o n a tf i r s t , t h i sp a p e rb r i e f l y i n t r o d u c e st h er e s e a r c hb a c k g r o u n d sa n dc o r et e c h n o l o g yo fl t es y s t e m t h e n , i t a n a l y s e sr e l e v a n tp r o t o c o l so fc e l lr e s e l e c t i o n , r e v i e w sr e l e v a n tp r o c e d u r e sa n dp h y s i c a l p e r f o r m a n c e i nt h ee n d ，i tr e a l i z e st h ed e s i g no fp h y s i c a ll a y e ro nd s e t h ep a p e rd i v i d e st h er e s e l e c t i o np r o c e s si n t of o u rm o d u l e s ，s y s t e mi n f o r m a t i o n a c q u i s i t i o n , s y n c h r o n i z a t i o nm o d u l e ，c e l lm e a s u r e m e n tm o d u l e ，r e s e l e c t i o ne v a l u a t i o n m o d u l e f o c u so nt h ec e l ls y n c h r o n i z a t i o na n dm e a s u r e m e n t sm o d u l et oa c h i e v e i m p r o v e m e n t , a n dt h r o u g hb u i l d i n gl t es y s t e ms i m u l a t i o np l a t f o r mt oi n s e r tt h e s y n c h r o n i z a t i o ns i g n a l sa n dc e l l s p e c i f i cr e f e r e n c es i g r l a li nt h eb a s eb a n ds i g n z a ，t h e n t h r o u g ht h ee p a e v a e t uc h a n n e lm o d e l s ，t os i m u l a t et h es y n c h r o n i z a t i o nm o d u l e a n dr s r plr s r qm e a s u r e m e n tr e s u l t sa tt h er e c e i v i n ge n d i nt h es y n c h r o n i z a t i o n m o d u l e ，t i m es y n c h r o n i z a t i o nf o rt h ef f r m e t h o dw a sp r o p o s e d ；p s sf o rt h em a x l o g m e t h o df o rt h ef i r s tt i m es y n c h r o n i z a t i o na n dp s sls s sf r e q u e n c yi m p u l s er e s p o n s ef o r t h ep h a s ed i f f e r e n c ef o r t h es e c o n dm e t h o do fs y n c h r o n i z a t i o nw a sp r o p o s e df o r f r e q u e n c ys y n c h r o n i z a t i o n t h e nt h ep a p e rs i m u l a t et h es y n c h r o n i z a t i o nm o d u l e ，t h e r e s u l t ss h o wt h a td i f f e r e me n v i r o m e n t a ls i g n a l st h r o u g ht h ec h a n n e l ，t h er e c e i v e rc a n m e e tt h er e q u i r e m e n t so ft h ea g r e e m e n ts i m u l t a n e o u s l ye x a c tv a l u e s f o rm e a s u r e m e n t m o d u l e s ，t h ep a p e rp r o p o s e st or e m o v et h ea v e r a g ep o w e ro fz e r oc a r r i e r , a n dc h o o s e 6 r b 雒t h em e a s u r e m e n tb a n d w i d t h , i ti sap o s s i b l ep r o g r a mt h a tt h r o u g ho b s e r v i n gt h e s i m u l a t i o no fr s r p r s r qg i v e nd i f f e r e n tf a c t o r s f i n a l l y , t h ep a p e rr e a l i z e dt h ec e l l r e s e l e c t i o ni nt h er e l e v a n tp a r to ft h ep h y s i c a ll a y e ro fd s pw i t ht m s 3 2 0 c 6 4 5 5c h i p k e yw o r d s ：l t e ，i d l e ，p h y s c i a ll a y e r , c e l lr e s e l e c t i o n , m e a s u r e m e n t 图形目录 图形目录 图1 1 空闲模式l i e 任务关系3 图2 1l t e1 d d 系统帧结构5 图2 2 时隙结构6 图2 3 主同步信号在无线帧中的位置8 图2 4u = 2 5 时主同步信号的时域自相关性8 图2 5u = 2 5 ，3 4 时主同步信号的时域互相关性。8 图2 6 辅同步信号在无线帧中的位置1 0 图2 7 时隙l 上生成的辅同步信号的自相关特性1 1 图2 8 时隙1 1 上生成的辅同步信号的自相关特性1 1 图2 9 时隙1 和时隙1 1 生成的频域辅同步信号的互相关性l1 图2 1 0 两端口参考信号资源映射图1 3 图2 1 1 黜配d l e 状态及状态转移1 4 图3 1 小区重选结构图2 2 图3 2 同频小区重选流程2 3 图3 3l t e 系统各个子层在同频小区重选时的任务2 4 图3 4 同频小区测量模块流程图2 5 图3 5r s r p r s r q 测量示意图2 6 图3 6 同频小区重选判决模块流程图2 8 图3 7 数据分段线性相关示意图一3 0 图3 8p s s s s s 在普通c p 和扩展c p 中的位置3l 图3 9m i b 和s i b l 的传输位置3 4 图3 1 0s i b l 系统信息对s i - w i n d o w 的配置3 5 图3 1 ls i b l 系统信息对s i m e s s a g e 的配置3 5 图3 1 2 系统信息读取举例图3 5 图4 1l t e - t d d 终端同步仿真平台3 8 图4 2e p a 环境下三种测量带宽的r s r p 测量值4 0 图4 3e v a 环境下三种测量带宽r s r p 测量值4 0 图4 4e t u 环境下三种测量带宽r s r p 测量值4 l 图4 5e p a 环境下三种测量带宽的r s r q 测量值4 1 图4 6e v a 环境下三种测量带宽r s r q 测量值4 2 图4 7e t u 环境下三种测量带宽r s r q 测量值4 2 图4 8s n r = 1 0 时在三种信道模型中的定时同步4 3 v 图形疆录 图4 9l t e 三种信道环境中的定时同步成功率4 4 图4 1 0 三种信道初始频偏5 5 0 0 h z 与估计值对照示意图4 5 图4 1 1 三种信道初始频偏3 5 0 0 h z 与估计值对照示意图。4 5 图4 1 2 三种信道初始频偏6 3 5 0 h z 与估计值对照示意图。4 5 图4 1 3 初始频偏5 5 0 0 h z 时估计值小于2 0 0 0 h z 的成功率对照示意图。4 6 图4 1 4 初始频偏3 5 0 0 h z 时估计值小于2 0 0 0 h z 的成功率对照示意图4 6 图4 1 5 初始频偏6 3 5 0 h z 时估计值小于2 0 0 0 h z 的成功率对照示意图。4 7 图4 1 6 三种信道初始频偏1 3 3 0 h z 与估计值对照示意图4 8 图4 1 7 三种信道初始频偏1 9 0 h z 与估计值对照示意图4 8 图4 1 8 三种信道初始频偏9 6 0 h z 与估计值对照示意图4 8 图4 1 9 初始频偏1 3 3 0 h z 时估计值小于2 0 0 h z 的成功率对照示意图4 9 图4 2 0 初始频偏1 9 0 h z 时估计值小于2 0 0 h z 的成功率对照示意图4 9 图4 2 1 初始频偏9 6 0 h z 时估计值小于2 0 0 h z 的成功率对照示意图5 0 图5 1c 6 4 x 系列c p u 结构5 2 图5 2 参数m 0 和m l 实现流程5 4 图5 3 序列d 1 ( n ) 和d 2 ( n ) 的生成过程。5 6 图5 4r s r pr s r q 函数d s p 验证界面6 0 图5 5r xf l a m ef i x 函数d s p 验证界面6 2 图5 6r x 缸q 1 函数d s p 验证界面6 4 图5 7r xf i e q 2 函数d s p 验证界面6 6 v i 表格舀录 表格目录 表2 1 主同步信号根指示7 表2 2 计算s 值所需参数1 5 表2 3 计算r 值所需参数1 6 j i 曼2 4n s e r v 18 表2 5 测量相关时间参数2 0 表2 6r s r p 值上报方式2 0 表3 1 循环前缀类型3l 表3 2 系统消息读取实例参数一3 5 表4 1 同步仿真参数表3 9 表4 2e - ir r ra n 多径衰落信道模型参数3 9 表5 1t xp s s 函数定义5 4 表5 2t xs s s 函数定义5 5 表5 3t x d l c c l l 函数定义56spers 表5 4r a n d o m s e q 函数定义：5 7 表5 5t x m o dl a y m a p 函数定义5 7 表5 6t xc s r sp s ss s sm s o u s e m a p 函数定义5 8 表5 7r s r pr s r q 函数定义6 0 表5 8r xf r a m ef i x 函数定义一6 1 表5 9r xf r c q l 函数定义6 3 表5 10r xf r e q 2 函数定义6 5 v i i 缩略表 缩略语 3 g 3 g p p 4 g 1 6 q a m 6 4 q a m b c c h b c h e p a e p s e n 【m e t u e u t r a n f 溺 f d d f d m f f t i - l 缇q l d p c m i b n v i o o f d m o s i p b c h p c f i c h p c h 英文名称 缩略表 3 r dg e n e r a t i o nm o b i l ec o m m u n i c a t i o n 3 r dg e n e r a t i o np a r t n e r s h i pv r o j e c t 4 t hg e n e r a t i o nm o b i l ec o m m u n i c a t i o n 16q 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 4q 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 b r o a d c a s tc o n t r o lc h a n n e l b r o a d e a s tc h a n n e l e x t e n d e dp e d e s t r i a nam o d e l e v o l v e dp a c k e ts y s t e m e p sm o b i l i t ym a n a g e m e n t e x t e n d e dt y p i c a lu r b a nm o d e l e v o l v e du i l i v e r s a t e r r e s t r i a lr a d i o a c c e s sn e t w o r k e x t e n d e d e u l a ram o d e f r e q u e n c yd i v i s i o nd u p l e x f r e q u e n c y - d i v i s i o nm u l t i p l e x i n g f a s tf o u r i e rt r a n s f o r m h y b r i da u t o m a t i cr e p e a tr e q u e s t l o w d e n s i t yp a r i t yc h e c kc o d e m a s t e ri n f o r m a t i o nb l o c k m u l t i p l e - i n p u tm u l t i p l e - o u t - - p u t o r t h o g o n a lf r e q u e n c yd i v i f i o n m u l t i p l e x i n g o p e ns y s t e mi n t e r c o n n e c t p h y s i c a lb r o a d c a s tc h a n n e l p h y s i c a lc o n t r o lf o r m a ti n d i c a t o r c h a n n e l p a g i n gc h a n n e l v i n 汉语名称 第三代移动通信 第三代合作项目 第四代移动通信 1 6 位正交幅度调 6 4 位正交幅度调 广播控制信道 广播信道 扩展步行者模式 演进分组系统 e p s 移动性管理 扩展典型城市模式 演进型公共陆地无线接 入网 扩展车载模式 频分双工 频分多路复用 快速傅立叶变换 混合自动重传请求 低密度奇偶校验码 主信息块 多输入多输出 正交频分复用 开放式系统互联 物理广播信道 物理控制格式指示信道 寻呼信道 缩略表 p d c c h p d s c h p h i c h p i n 烈 p s s q p s k r a t r n t i r r c r s r p r s r q r s s i s f n s i s m s n r s s s t d s c d m a t d d u e u l p h y s i c a ld o w n l i n kc o n t r o lc h a n n e l p h v s i e a ld o w n l i n ks h a r e dc h a n n e l p h y s i c a lh y b r i da r q i n d i c a t o rc h a n n e l p u b l i cl a n dm o b i l en e t w o r k 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 f tk e y i n g r a d i o a c c e s s t e c h n o l o g y r a d i on e t w o r kt e m p o r a r yi d e n t i t y r a d i or e s o u r c ec o n t r o l r e f e r e n c es i g n a lr e c e i v e dp o w e r r e f e r e n c es i g n a lr e c e i v e dq u a l i t y r e c e i v e ds i g n a ls t r e n g t hi n d i c a t o r s y s t e mf r a m en u m b e r s y s t e mi n f o r m a t i o n s y s t e mi n f o r m a t i o nb l o c k s i g n a lt on o i s er a t i o s e c o n d a r ys y n c h r o n i z a t i o ns i g m a t u n ed i v i s i o n - s y n c h r o n i z a t i o nc o d e t n n ed i v i s i o nd u p l e x u s e re q u i p m e n t u p l i n k 物理下行控制信道 物理下行共享信道 物理混合a r q 指示信道 公共陆地移动网络 主同步信号 正交相移键控 无线接入技术 无线网络临时标识 无线资源控制 参考信号接收功率 参考信号接收质量 接收信号强度指示 系统帧号 系统信息 系统信息块 信噪比 辅同步信号 时分同步码分多址接入 时分双工 用户终端 上行链路 第一章绪论 1 1 研究背景 第一章绪论 1 1 1l 1 忑简介 l t e ( l o n gt e r me v o l u t i o n , 长期演进1 项目是3 g 的演进，始于2 0 0 4 年3 g p p 的 多伦多会议【l 】。它采用o f d m ( 正交频分复用) 、m i m o ( 多输入多输出) ，以及高 阶调制等核心技术，在2 0 m h z 频谱带宽能够提供下行1 0 0 m b p s 、上行5 0 m b p s 的峰值速率，改善了小区边缘用户的性能，提高小区容量和降低系统延迟， 同时具有频谱利用率高、频谱配置灵活等优点1 2 】。 l t e 移动通信标准有两种复用方式，频分复用( f d d ) 和时分复用( t d d ) 。频谱 资源是无线通信中最宝贵的资源，t d d 双工方式相比于f d d 方式能有效提高频谱 利用率，同时便于与中国具有自主产权的t d s c d m a 通信标准相兼容。2 0 0 7 年1 1 月，3 g p pr a n i 会议通过了2 7 家公司联合签署的关于l t et d d 融合的帧结构的建 议，使得今后l t et d d 的帧结构不再分为t y p e l 和t y p e 2 ，而是统一为一种。融合 的l t et d d 帧结构基于我国t d s c d m a 的帧结构，这为t d s c d m a 演进到l 1 飞 t d d 乃至4 g 标准开启了大门l j j 。 移动数据业务的爆发式增长与智能手机的高速发展，正在加速移动宽带市场 的发展，2 0 11 年2 月1 5 日在西班牙巴塞罗那召开的世界移动通信大会上，我国主导 完成的新一代移动通信标准t d l t e 备受关注，印度、日本、美国、欧洲等国家和 地区的运营商都宣布将采用t d l t e 技术建设4 g 商用网络。与此同时，2 0 11 年在全 球范围内，4 g 也将迎来部署高潮。越来越多的中外厂家纷纷推出4 g 终端，让4 g 应 用迅速成为可能。所以，l t et d d 系统的研究在中国未来几年具有强大的生命力。 1 1 2l t e 核心技术概述 o f d m 技术在2 0 世纪中期出现，它和传统的复用方式不同的地方在于， 它利用了信号的正交性，使得信号在传输复用时互相之间不会影响彼此。传 统的频分复用( f d m ) 是将整个频带划分为多个频谱不相交的子信道，为了避免各个 子信道之间的干扰，发送端在各子载波间留有一定的保护频带，这种保护频带会 造成了频带资源的浪费，而使用o f d m 技术可以提高频带的利用率。在o f d m 中，子载波之间互相叠加而且正交避免了需要用保护带来对载波进行均分的问题， 使得o f d m 非常高效，同时o f d m 系统中子载波间隔可以在接收端完美分离。接 收端的设计复杂度较低，就使o f d m 在高速率移动数据传输中非常有优势。l t e 重庆邮电大学硕士论文 下行采用o f d m 子载波宽度为1 5 k h z 或7 5 k h z ( 4 1 ，在c p ( 循环前缀) 一定 的情况下，子载波间隔越小，系统频谱效率越高，o f d m 符号周期越长。l t e 系统中c p 的长度有长短两种选择【5 1 ，短c p 为常规小区的单播系统使用，长 c p 可用于半径较大的小区或多小区合并e m b m s 业务。d f t - s o f d m 的一 个子帧由长短两种数据块组成，长块主要用于传送数据，短块主要用于传送 导频信号。 m i m o ( 多输入多输出技术) 刚：l t e 系统在下行链路中采用m i m o 技术， 包括空间复用、波束赋形以及传输分集，其基本天线配置为2 x 2 ，最大支持4 天线进行下行方向四层传输。该技术能利用空间信道的弱相关性，结合时间 和频率上的选择性，提高信道传输的可靠性，改善接收信号的信噪比。同时， 能够结合其他技术，改善信道容量。l t e 系统在上行链路中采用m i m o 技术 是一个虚拟系统【6 】，即每个终端均发送一个数据流，但两个或以上的数据流 占用相同的时频资源。接收机收到的不同终端的数据流，可视为同一终端不 同天线发送的数据流，这样接收机可以获得多用户分集增益，可以更容易获 得信道独立性。 调制方式【7 】【8 】：l t e 在下行方向采用q p s k 、1 6 q a m 和6 4 q a m 调制技术，在 上行方向采用q p s k 和1 6 q a m 调制技术。高峰值传送速率是l t e 下行链路需要解决 的主要问题。为了实现系统下行1 0 0 m b s 峰值速率的目标，在3 g 原有的q p s k 、 1 6 q a m 调制技术基础上，l t e 系统增加了6 4 q a m 高阶调制。在解调方面，采用软 解调方式为信道的译码做准备，提高系统性能【9 】。 信道编码【4 】：l t e 主要考虑t u r b o 码和咬尾卷积码【1 0 1 。在较低数据率的 信道采用具有最有距离谱的咬尾卷积码。在数据量较大的信道中采用经过改 进交织器，具有l d p c 并行解码有点的的t u r b o 码。 1 1 3l 1 陋系统的移动性管理 移动性管理是蜂窝移动通信系统必备的机制，能够让l t e 系统实现负载均衡、 提高整个系统性能让用户得到更好的体验。其功能主要分为两大类，空闲状态的 移动性管理和连接状态移动性管理。在l t e 系统内，空闲状态r r ci d l e 的移动 性管理主要通过l i e 的小区选择和小区重选来实现；连接状态r r cc o n n e c t i o n 的移动性管理主要通过切换来实现。本文主要针对空闲状态下的移动性管理进行 研究。 空闲状态的l i e 根据网络系统消息中提供的小区重选优先级，结合自身测量 情况进行小区重选。因此，网络可以通过合理设置不同频点的优先级来控制空闲 状态u e 的重选，从而达到移动性的目的。 2 第一章绪论 空闲模式【1 1 1 是指l i e 端开机到进入连接状态之前的一段时间。此刻l i e 端主 要的任务有三个：p l m n 的选择、小区选择和重选和位置登记，三者之间关系如 图1 1 所示： b i a s 控制 - - - 晋缘i 蚶量 图1 1 空闲模式l i e 任务关系 开机后，i r e 将试图选择一个p l m n 进行位置登记。在注册一个p l m n 成功 后，l i e 就能选择p l m n 上的一个小区进行驻留。只有驻留到一个小区后，l i e 才 能获得正常的服务，能够接收到注册p l m n 给u e 发送的系统信息。 当l i e 驻留到一个小区后，并且在未进入连接模式之前这段时间，称为正常， i d l e 态。i r e 总是希望能驻留在一个更好的小区，这样才能保证用户的通话质量。 因此u e 会从当前服务小区发送的系统信息中找到小区重选的参数，依次进行小区 重选的测量、评测工作，最终驻留到一个更好的小区。如果系统消息发生了变化， 网络端会通过寻呼信息告知u e ，因此l i e 会不断地接收寻呼消息。 1 2 研究目的 通过以上分析可以知道，小区重选是空闲状态的移动性管理中一个非常重要 的任务。小区重选有保证当前服务小区质量，提高l i e 呼叫成功率等重要的作用。 本文研究的题目来源于t d l t e 无线综合测试仪表开发项目，该项目是为 了促进l i et d d 技术和产品研发，依据3 g p pt s 3 6 系列r e l e a s e8 、9 、t d - l t e 标准开发出的符合3 g p p 及行业标准要求的无线综合测试仪表。该仪表应实现l t e t d d 物理层、高层协议设计，支持多种m i m o 技术方案、支持自适应编码调制技 术、支持h a r q 技术，支持多种信道环境的信道模拟研究与验证，支持l i e 射频 指标分析与测量算法。在项目进行过程时，终端小区选择与重选功能的实现及相 重庆邮电大学硕士论文 关参数指标是综合测试仪所要测试的重要部分，所以小区选择与重选任务的实现 是项目的重要组成部分。因此，如何在该项目中设计出一个满足协议规定，又达 到项目要求的小区重选工作流程；如何正确进行物理层测量工作等都具有重要的 现实意义。 1 3 章节安排 本文的文章结构安排如下： 第一章绪论，主要介绍论文研究背景及研究目的。 第二章首先对l t et d d 系统物理层帧结构、时隙结构，与小区重选相关的同 步信号与小区专用参考信号进行了描述；然后分析了小区重选的相关协议，其中 包括重选过程、测量要求、重选判决等。 第三章进行l t et d d 系统小区重选流程设计，主要以同频小区重选为例做了 流程设计。根据同频小区重选过程将小区重选划分为了四个模块：小区测量、重 选判决、邻近小区同步、读取系统消息，并对各个模块进行了流程梳理，重点对 小区测量模块和邻小区同步模块做了算法分析与设计。小区测量模块中，提出了 测量r s r p 和r s r q 的方法以及使用的设计方案。邻小区同步模块的定时同步中， 基于p s s 自相关的定时同步做了改进，减少处理复杂度；在频率同步中，采用了 主同步信号似然函数和同步信号频率冲击响应相位差相结合的方法，给出了适用 的设计方案。 第四章搭建l t et d d 系统仿真平台，对和物理层处理相关的两个模块小区测 量模块和邻近小区同步模块进行仿真和性能分析。在小区测量模块中，本章仿真 和分析测量带宽对测量结果的影响，并取得了合适的测量带宽。在同步模块中， 本章对第三章提出改进算法做了仿真，并验证的性能。 第五章对与小区重选相关的物理层过程在d s p 中进行具体实现。 第六章，全文总结与展望。 4 第二章l t et d d 系统小区重选过程协议分析 第二章l t et d d 系统小区重选过程协议分析 2 1l t e 物理层结构 2 1 1 系统帧结构 l t e 系统中的帧结构有两种模式：f d d 和t d d 模式嘲。本文主要讨论t d d 模式，其结构如图2 1 所示： r = _ 个半帧t = 善喇恪 时隙1 m s _ 、2 铲一，l、 卒帧。予帧2卒帧3予帧4手帧5孚帧7手帧8手帧9 图2 1l t et d d 系统帧结构 系统帧结构的特征包括： ( 1 ) 每个5 m s 的半帧分为8 个0 5 m s 时隙和3 个特殊域：d w p t s 、g p 和u p p t s 。两个 相邻的0 5 m s 时隙合成一个l m s 子帧；d w p t s 、g p 和u p p t s 的总长度为l m s ； ( 2 ) 特殊域的长度可变，可由高层信令配置。d w p t s 的最小长度为i + o f d m 符号： 如果u p p t s i 内不放置短r a c h ( 随机接入信道) 和上行信道探测，保护时隙g p 的 最大长度为1 3 个o f d m 符号( 对于短c p ) 或1l d o f d m 符号( 对于扩展c p ) ；应尽 可能减少三个特殊域的长度选项； ( 3 ) 除了特殊域，每个l m s 子帧内符号的数量和c p 长度保持一致； ( 4 ) 同步信号：主同步信号在d w p t s 的第三个o f d m 符号传送；辅同步信号在子 帧0 的最后一个o f d m 符号传送： ( 5 ) 随机接入：支持短随机接入前导( 短r a c h ) 和长前导( 长r a c h 0 ：短r a c h 使用 u p p t s 中的2 个o f d m 符号；长r a c h 在个l m s 上行子帧中发送；支持6 4 个随 机接入前导； ( 6 ) d w p t s ：d w p t s 中除了用于同步信号的资源外的资源，可用于传送数据、参 考信号和控制信令； 5 重庆邮电大学硕士论文 ( 7 ) u p p t s ：u p p t s q j 除了用于随机接入以外的资源，可用于传送数据和参考信号 ( 探测和或解调参考信号) ；u p p t s 中不传送p u c c h ； ( 8 ) 支持5 m s 和1 0 m s 两种上厂f 行切换点周期。对于1 0 m s 周期，只在两个相邻半帧 中第一个半帧传送g p 和u p p t s ；无论5 m s 还是1 0 m s 周期，同步信号的总是5 m s 发送一次。 2 1 2 时隙结构和资源元素 每个时隙的发送信号是由罐硭个子载波和联盏个o f d m 符号组成的资源 格组成，其中蜡表示下行链路中资源块的个数，堞表示资源块中子载波数目。 艨。表示的是下行时隙中o f d m 符号个数。一个物理资源块为州个连续的时 域o f d m 符号和蠼个连续的频域子载波。所以一个物理资源块由峨。砖个 资源元素组成。资源格的结构如图2 2 所示。资源元素在一个时隙中用( 七，) 对其 进行唯一的标识，七和，分别表示频域和时域的指针，其中j = o ， 嚣硭一1 ， 1 = 0 ，艇一1 。天线口p 上的( 七，) 资源单元用复数趣5 表示。 一个下行时隙 - - - 口 鲻 辅 m 每 篁譬 乏 x 窨盘 乏 鲻 辐 h 牛 墅 ，个o f d m 符号 1 1 0 l z n 嚣一1 图2 2 时隙结构 6 第二章l t et d d 系统小区重选过程协议分析 磁大小由下行发射带宽决定，且应该满足 峭p s 磁5 舻式( 2 1 ) 其中，普阻= 6a n dn 警d l = 1 0 0 分别是最小和最大下行带宽。 2 1 3l t e 系统中同步信号 在l t e 系统中有5 0 4 个小区物理i d 【8 1 ，他们由1 6 8 个唯一物理i d 组岩构 成，组号为础，每组里面包含三个唯一的组内号g 。小区物理i d 为： 岩= 3 础+ 吕，其中组号础取值【o ，1 6 7 ，组内号础的取值为【o ，2 】。 2 1 3 1 主同步信号 主同步信号嘲由小区x ，山( 2 ) 。，- - ：生成，其中频域主同步信号为z a d o f f - c h u 序列，由下式生成： f一，苎竺! ! 生 吃( 刀) ： 三二。二。们， 刀= 0 1 ，3 0 式( 2 2 ) i e 。 6 3 以= 3 1 ，3 2 ，6 1 其中u 由下表2 1 确定： 表2 1 主同步信号根指示 n 鲁 r o o ti n d e x u o2 5 12 9 23 4 频域上主同步信号的长度为6 2 ，映射到资源元素由下式给出： j = d ( 以) ， 刀= o ，6 1 七：力一3 1 + 丝坚 越3 ) 2 其中，d o ) 表示频域主同步序列，q ，表示资源元素，k 表示频域指针号，表示 主同步信号所在的符号指针号，根据3 6 2 1 1 协议的规定，主同步信号对应7 2 个子 载波，映射到频率