（通信与信息系统专业论文）tdlte系统中同频小区搜索算法研究.pdf

摘要 摘要 t d l t e ( 长期演进) 改进并增强了3 g 的空中接入技术，采用o f d m 和m i m o 作为其无线网络演进的基础性技术。从2 0 0 4 年1 1 月l t e 项目立项，经过了6 年 的发展，t d l t e 已经被公认为由3 g 向4 g 演化道路上必须的一环，t d l t e 的 演进l t e a d v a n c e 也已被确立为4 g 标准之一。 小区搜索在通信系统中占有非常重要的地位，其性能将直接影响l i e 后续业 务的开展，小区搜索的重点则是同步，小区同步误差的存在会引起码间干扰( i s i ) 和子载波间干扰( i c i ) ，当存在同频小区时，同步性能将直接决定接入小区后 u e 的工作质量。本文着重研究同频干扰下t d - l t e 系统中符号定时同步和载波 频率同步算法。 本文首先简要介绍了t d l t e 系统的背景及其相关发展和t d l t e 系统的标 准发展现状。然后详细介绍了t d l t e 系统，对主、次同步信号作了简要介绍， 并着重分析了主同步信号的相关性能。接着在建立t d l t e 系统同频信号模型基 础上，分析了符号定时同步误差、载波频偏误差对t d l t e 系统性能的影响。本 文主要研究成果如下： 本文利用t d l t e 系统的主同步信号构建似然函数，将定时精同步与频率粗 同步进行融合，提出了适用于t d 。l t e 系统的时间相位联合检测方法，减少了时 间精同步和频率粗同步分开进行带来的时间开销，并极大的弱化了单独进行时间 精同步时，大频偏对算法的影响。频率精同步算法是利用l t e 系统的次同步信号 来完成的，结合同频信道环境，提出了一种改进的最大似然检测方法，提高了算 法的鲁棒性，在不增大时间开销的前提下，提高了检测的成功率。无线帧同步算 法采用次同步信号进行，为了适应同频环境，改进了似然算法，在时域多接收一 定数据，以保证算法的容错性。 关键词：t d l t e ，同频干扰，同步信号，符号定时同步，载波相位锁定 a b s t r a c t a b s t r a c t t d l o n gt e r me v o l u t i o n sh a si m p r o v e da n de n h a n c e dt h ea i ra c c e s so ft h et h i r d g e n e r a t i o nn e t w o r k , w h i c ha d o p t s t h eo f d ma n dm i m o 嬲i t sf u n d a m e n t a l t e c h n o l o g i e so fr a d i on e t w o r ke v o l u t i o n t h e r eh a sb e e n6y e a r ss i n c et h er e s e a r c hw a s f i r s t l yp r o p o s e da n ds t a r t e d i nn o v e m b e r2 0 0 4 i th a sb e e nw i d e l ya c c e p t e dt h a t t d l t ep l a y sa 、r i t a lr o l eo ft e c h n o l o g ye v o l u t i o nf r o m3 gt o4 g l t e a d v a n c e dh a s b e e na d o p t e d 嬲o n eo ft h es t a n d a r d sf o r4 g i n i t i a lc e l ls e a r c h ( i c s ) p l a y sa ni m p o r t a n tr o l ei nc o m m u n i c a t i o ns y s t e m s ，w h o s e p e r f o r m a n c ew i l ld i r e c t l ya f f e c tt h es u b s e q u e n tp r o g r a m mo fu e 1 1 1 es y n c h r o n i z a t i o n i ss i g n i f i c a n tp a r to ft h ei c s n l ec e l ls y n c h r o n i z a t i o ne r r o rw i l lc a u s ei n t e r - s y m b o l i n t e r f e r e n c e ( i s i ) a n di n t e r - s u b c a r r i e r si n t e r f e r e n c e ( i c i ) p a r t i c u l a r l y , w h e ni n t h e c o c h a n n e le n v i r o n m e n t ，t h ep e r f o r m a n c eo fs y n c h r o n i z a t i o nd i r e c t l yd e t e r m i n e st h e w o r k i n gq u a l i t yo fu e 珏ea l g o r i t h m so fs y m b o lt i m i n gs y n c h r o n i z a t i o na n dp h a s e s h i f ts y n c h r o n i z a t i o ni nt d l t ew i l lb e e ns t u d i e d f i r s t l y , t h eb a c k g r o u n da n ds t a n d a r d sa sw e l l 鹄r e c e n td e v e l o p m e n t so f 1 7 ) 一l t e s y s t e m sa r ei n t r o d u c e d s e c o n d l y , t h ep r i m a r ys y n c h r o n i z a t i o ns i 印a l ( p s s ) a n d 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 n a l ( s s s ) o ft d l t es y s t e m sa r ei n t r o d u c e di nd e t a i l s n l ec o r r e l a t i o np e r f o r m a n c eo fp s si sa n a l y z e d b a s e do nt h em o d e lo fs y n c h r o n i z a t i o n s i g n a li nt d - l t es y s t e m s ，t h ei n f l u e n c e so fs y m b o lt i m i n gs y n c h r o n i z a t i o ne t r o ra n d p h a s e s h i f ts y n c h r o n i z a t i o ne r r o ri sa l s oa n a l y z e d t h ec o n t r i b u t i o no ft h ep a p e ri sa sf o l l o w s ：am a x l i k e l i h o o df u n c t i o ni sc o n s t r u c t e d u s i n gt h ep s s i nt d - l t es y s t e m s ，w h i l et h et i m i n gp r e c i s es y n c h r o n i z a t i o na n d f r e q u e n c yc o a r s es y n c h r o n i z a t i o n a r et a k e ni n t oc o n s i d e r a t i o ns i m u l t a n e o u s l y an o v e l j o i n td e t e c t i o no ft i m i n ga n dp h a s es h i f tm e t h o dh a sb e e np r o p o s e di nt d l t es y s t e m , w h i c hh a st h ea d v a n t a g e so fr e d u c i n gt h et i m eo v e r h e a da n dw e a k e n i n gt h ei n f l u e n c eo f l a r g e f r e q u e n c y - o f f s e t t ot h e s y s t e mp e r f o r m a n c e n l ef r e q u e n c yp r e c i s e s y n c h r o n i z a t i o na l g o r i t h mi sd e v e l o p e db a s e do nt h es s si nt h et d - l t es y s t e m s a n i m p r o v e dm a x l i k e l i h o o dd e t e c t i o nm e t h o di nt h ec o - c h a n n e le n v i r o n m e n ti sp r o p o s e d ， w h i c hi n c r e a s e st h er o b u s t n e s so ft h ea l g o r i t h m w i t h o u ti n c r e a s i n gt h et i m ec o s t , t h e s u c c e s sr a t eo fd e t e c t i o ni si m p r o v e d 郇1 es s si su s e dt oi m p l e m e n tt h es y n c h r o n i z a t i o n a l g o r i t h mo far a d i of r a m e i no r d e rt ob eu s e di nt h ec o c h a n n e le n v i r o n m e n t , t h e l i k e l i h o o da l g o r i t h mi si m p r o v e d b yr e c e i v i n gm o r ed a t ai nt i m ed o m a i n , t h e f a u l t - t o l e r a n to ft h ea l g o r i t h mi se n h a n c e dg r e a t l y k e yw o r d s ：t d l t e ，c o c h a n n e li n t e r f e r e n c e ，s y n c h r o n i z a t i o ns i 酬，s y m b o lt i m i n g s y n c h r o n i z a t i o n , p h a s es h i f ts y n c h r o n i z a t i o n i l l 第一章绪论 第一章绪论 1 1 论文研究的背景及意义 2 0 0 4 年年底，3 g 正式开启了向4 g 的演进之路，在全球微波接入互操作( w o r l d i n t e r o p e r a b i l i t yf o rm i c r o w a v ea c c e s s ，w i m a x ) 技术迅猛崛起之时，3 g p p ( 3 r d g 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 ) 也开始了通用移动通信系统( u n i v e r s a lm o b i l e t 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 o n gt e r me v o l u t i o n ，l t e ) 项目【1 1 。这种以正交频分复用( o f d m ) 为核心的技术，与其说是3 g 技术的“演 进 ，不如说是“革命 。该项目进展很快，于2 0 0 8 年对l t e 协议r 8 版本进行冻 结，并发布了增强型l t er 9 版本。2 0 0 9 年1 2 月，瑞典运营商t e l i a s o n e r a 在瑞典 斯德哥尔摩和奥斯陆部署全球第一个商用l t e 网络，正式宣告l t e 进入商用时代。 经过6 年的时间，高通中途宣布停止了基于c d m a 2 0 0 0 的u m b 的开发，而 l t e a d v a n c e 和w i r e l e s s m a n - a d v a n c e d ( 8 0 2 16 m ) 已经确立为4 g 标准。 为了能和可以支持2 0 m h z 带宽的w i m a x 技术相抗衡，l t e 将最大系统带宽 从5 m h z 扩展到2 0 m h z 。因此，3 g p p 放弃了长期采用的码分多址( c d m a ) 技 术( c d m a 技术在实现5 m h z 以上大带宽时复杂度过高) ，选用新的核心传输技术， 即o f d m 技术。在无线接入网( 凡蝌) 结构层面，为了降低用户面延迟，l t e 取 消了重要的网元无线网络控制器( r n c ) 。在整体系统架构方面，和l t e 相对 应的系统框架演进( 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 ，s a e ) 项目则推出了崭新的演 进型分组系统架构。以l t e s a e 为标志的这次“革命使系统不可避免地丧失了 大部分和3 g 系统的后向兼容性。也就是说，l t e 系统虽然可以部署于3 g 的现有 频谱，但从网络侧和终端侧都要做大规模的更新换代。因此很多公司实际上将l t e 干脆看作b 3 g 技术范畴。目前，全球已有2 6 家运营商开始t d - l t e 的网络实验和 商用，近6 0 家设备制造商和芯片制造商将生产t d l t e 产品。美国在2 0 1 0 年底已 在3 8 个城市和6 0 多个机场部署了l t e 网络，挪威，芬兰等国也已开始商业运用。 日本电信电话公司于2 0 1 0 年推出了l t e 的商用网络服务，并计划于2 0 1 4 年让7 0 的用户享受这一服务，韩国的s k 集团则计划在今年7 月推出l t e 商用网络，到 2 0 1 3 年拓展到韩国全境。2 0 1 0 年中国移动也宣布将l t e 的试点城市增加到6 个。 随着通信标准的不断演进，基带处理器芯片也得到了飞速的发展，目前使用 的基带处理器芯片也由以前的单核发展为双核甚至多核，内部流水线也可以保证 重庆邮电大学硕士论文 能够最大限度的组合指令以达到更高速的执行效率，运算器单元也得到极大扩展， 多加法器和多乘累加器也被集合到芯片内，以保证同时完成多次加减乘除。基带 处理器的主频发展更是迅速，目前已有的基带芯片处理器主频可高达1 1 g h z ，这 为采用高性能算法奠定了坚实的硬件基础。 为了最大限度的利用频谱，t d - l t e 系统将采用同频组网的方式，即3 个邻近 小区将采用相同频率进行组网，该方法在提高频谱利用率的同时，也引入了同频 干扰，本文正是针对这一情况，对同频干扰模型下的小区搜索技术进行了研究， 结合现代基带处理器能力最终给出了一种同频干扰下的小区搜索解决方案，仿真 结果和算法复杂度分析表明，该方案也可用于单小区的小区搜索。 1 2 l t e 标准发展现状 3 g p p 协议以各个不同阶段版本( r e l e a s e s ) 形式发布，从第7 版( r e l e a s e7 ，r 7 ) 以后的版本，称为长期演进( l t e ) 。下表回顾了各个时期的3 g p p 版本： 表1 1l t e 协议各个阶段版本 版本完成时间 描述 r 9 9 2 0 0 0 矩 第一个u m t s3 g 标准 r 52 0 0 2 盔 引入高速下行分组接入( h s d p a ) r 6 2 0 0 4 年 引入高速上行分组接入( h s u p a ) r 72 0 0 7 年 提出长期演进( l 1 陋) ，重点讨论了其下行采用的o f d m 技 术。 r 8 2 0 0 8 焦 长期演进( u e ) 2 0 0 7 年1 1 月r e l e a s e8 版本发布，标志着l t e 相关标准得以基本确定。2 0 0 8 年5 月1 2 月期间，3 g p p 通过多次会议，对已经发布的版本经过了一系列进一步 修改。截至本文撰写时，l t e 项目已经基本完成了r 8 版本协议，核心部分已经冻 结，l 1 e 系统协议描述基本成型。基于r 9 版的增强型l t e 协议也已发布。目前基 于m 演进( l 1 工a d v a n c e d ) 的r 1 0 版协议计划也已启动，并已成为4 g 标准之 一。 从r 8 版本起，3 g p p 增加了3 6 系列协议，专门描述了与l t e 相关的内容， 其中关于物理层方面的核心协议包括物理层综述3 6 2 0 1 ，以及从3 6 2 1 1 3 6 2 1 4 的 具体问题描述。各协议间相互关系如下 2 1 ： 2 第一章绪论 t o f r o mh i gh e rl a y e r s 图1 1 关于l t e 物理层的3 6 系列协议【4 】 3 6 2 1 1 主要描述了层1 物理信道相关定义及特征，物理层信号的产生及调制 方式。具体内容包括：上下行物理信道定义，基于f d d 、t d d 的两种帧结构，物 理资源单元定义，上下行参考信号定义，同步信号定义，下行o f d m 信号定义， 上行s c f d m a 信号定义，扰码，以及与多天线技术相关的层映射和预编码定义 丝 奇o 3 6 2 1 2 主要定义了物理层传输信道和控制信道的数据处理过程，包括：复用信 道编码及交织等内容。 ， 3 6 2 1 3 主要是关于物理层的相关过程，包括同步，功率控制，随机接入等内 容。 3 6 2 1 4 主要描述了物理层测量相关内容。 上述3 6 系列协议完整描述了l t e 物理层，是研究和设计物理层相关技术和算 法的主要参考。目前以上协议最新的版本是2 0 0 9 年3 月版，对下行部分的描述已 经没有较大改动。 1 3 论文安排 论文的研究方向是t d l t e 同频系统小区搜索技术的研究。论文分析了 t d l t e 同频系统模型、t d l t e 系统中存在的同步问题，对已有算法进行了改进， 通过性能分析提出适合t d l t e 同频系统的准确性较高，耗时较少的定时同步算法 和频偏估计算法。 3 重庆邮电大学硕士论文 论文结构的安排如下： 第二章首先简要介绍了t d l t e 系统，简要讲述了其物理层帧结构、小区i d 和主次同步信号，并介绍了同频干扰模型以及小区搜索的基本流程，着重以主同 步信号为例，分析了同步信号的相关性能。 第三章建立了信号模型，研究了同频干扰下定时误差带来的影响，并研究了 t d l t e 系统的定时粗同步算法。提出适用于t d l t e 系统的符号定时粗同步算法。 符号定时粗同步在时域利用两个半帧中完全相同的主同步信号完成。为了验证算 法的可行性，将符号定时粗同步算法在t d l t e 同频信道模型下进行仿真，并分析 仿真结果。 第四章利用第三章提出的模型，分析了频率偏移对系统的影响，并结合 t d l t e 系统的特点以及基带处理器能力提出了符号定时精同步算法和相位粗锁 定算法相结合的时间相位联合检测方法，并对邻小区n i d 2 进行了检测，在频率精 确锁定部分采用了基于改进的最大似然检测的相关法进行检测，为了验证算法性 能，在t d l t e 同频模型下进行仿真，并分析了仿真结果。 第五章研究t d l t e 系统的帧同步和邻小区n i d l 检测算法，在现有算法的基 础上提出了改进，为了验证其检测邻小区i d 以及帧同步的性能，在t d l t e 同频 小区模型下进行了仿真和分析。 第六章总结全文，并指出今后需要进一步研究和考虑的问题。 4 第二章l t e 系统概述 第二章l t e 系统概述 2 1l t e 系统物理层帧结构 2 1 1 帧结构 3 g p p 定义的一个无线帧长度为1 0 m s ，系统的帧结构【8 1 如图2 6 所示，每个无 线帧由两个时长为5 m s 的半帧组成。每个半帧由8 个时长为0 5 m s 的时隙和三个 特殊的域( d w p t s ，g p 和u p p t s ) 组成。d w p t s ，g p 和u p p t s 的总时长为l m s 。 子帧1 和子帧6 包含d w p t s ，g p 和u p p t s 。其余的子帧都由两个时隙构成，例如 子帧i 由时隙2 i 和2 i + 1 构成。子帧o 、5 和d w p t s 通常留作下行传输。用作下 行传输的子帧和用作上行传输的子帧之间由一个转换点分开。上下行转换点的周嚣 期可以为5 m s ，也可以为1 0 m s 。对于5 m s 的上下行转换点周期，u p p t s 和子帧2 、 7 留作上行传输。对于1 0 m s 的上下行转换点周期，d w p t s 存在于一个无线帧的两 个半帧中，而g p 和u p p t s 只存在于第一个半帧中，d w p t s 在第二个半帧中的持 续时间为l m s 。u p p t s 和子帧2 留作上行传输，子帧7 到9 留作下行传输【2 j 。 一个无线帧l = 1 0 r e s 一个半帧z = 5 m s 2 i 2 下行时隙结构 图2 il t e 物理层帧结构 每个时隙的发送信号用曜硭个子载波和翥个o f d m 符号组成的资源格 描述【引，其中嚣表示下行链路中资源块的个数，蠼表示频域资源块大小，即每 个资源块包含的子载波数；艨。表示下行时隙中的o f d m 符号数。一个物理资源 5 重庆邮电大学硕士论文 块定义为艨。个连续的时域o f d m 符号和耀个连续的频域子载波，所以一个物 理资源块由碟。硭个资源单元组成。每个单位资源块所包含的子载波的数目取 决于子载波间隔，每个时隙所包含的o f d m 符号的数目由循环前缀( c p ) 的长短 和子载波的间隔鲈共同决定的，其具体配置见表2 1 f 2 】， 表2 1 物理资源参数表 每资源块所包含每时隙包含o f d m 参数配置 的子载波数岬符号数 普通循环前缀a f = 1 5 k h z 7 1 2 a f = 1 5 k h z 6 扩展循环前缀 n f = 7 5 k h z 2 4 3 资源格的结构如图2 7 所示。资源格中的每个单元被称为资源单元，在一个时 隙中用( 七，) 对其进行唯一标识，k 和，分别表示频域和时域的索引，其中 k = o ，雌硭一1 ，= o ，艨。- 1 。天线口p 上的( 七，) 资源单元用复数口：岁表 示，若不会产生混淆，或者没有特别指定天线口，可以将上标p 去掉。 6 第二章l t e 系统概述 一个下行时隙乙 o o f d m 符号 图2 2 下行资源格结构 2 2l t e 系统中的主同步信号 2 2 1 信号生成 资源单元 根据参考文献8 1 的描述，频域主同步信号为z a d o f f - c h u 序列，由下式生成： 撕) ：p - 7 丁m m ( n + 1 ) 珂_ 0 ，l ，3 。 式( 2 1 ) 姒功2 仁华脚& ，6 。 引2 j 其中，4 由下表2 1 确定： 7 重庆邮电大学硕士论文 2 2 2 资源格映射 表2 2 根序列号与n i d 2 对应关系 频域主同步信号的长度为6 2 ，映射到直流子载波两边各3 1 个子载波上，映射 单元由下式给出【8 】： a k ，= d ( 刀) ， 以= o ，6 1 j | ：行一3 l + 监壁 式2 2 2 其中，d ( 刀) 表示频域主同步序列，q ，表示资源单元，k 表示频域索引号，z 表示 主同步信号所在的符号位，文献8 1 中规定，主同步信号上的剩余子载波资源将预留 不用，剩余子载波位置由下式给出： 七= 刀- 3 1 + 型n d l 产m - r b 式( 2 3 ) 刀= - 5 ，- 4 ，- 1 ，6 2 ，6 3 ，6 6 主同步信号对应7 2 个子载波，根据系统带宽与资源块的关系【3 】，见表2 2 ，可 以推出主同步信号应该在最低带宽上发送。 表2 3 系统带宽与资源块的关系 c h a n n e lb a n d w i d t h 1 435 l o1 52 0 b w c h a n n c l m h z 】 n r b61 5 2 55 07 51 0 0 根据文献【2 】，主同步信号在时域映射到子帧1 和子帧6 上，根据l 1 et d d 帧 结构可以看出，主同步信号位于子帧1 和子帧6 的第三个o f d m 符号，见图2 8 所示。 子帧0 ll 子帧2子帧3子帧4子帧5 l i 子帧7子帧8子帧9 j ij ： 同；信县主同 学信号 图2 3 主同步信号在无线帧中的位置 2 2 3 主同步信号的时频域特性 1 、主同步信号的特性 8 第二章u e 系统概述 主同步信号在时域和频域均具有偶对称特性 8 1 。示例如下： 1 0 b o 6 0 4 n 2 0 田2 田4 旬6 n 8 1 1 0 8 0 6 0 4 0 2 0 扣2 - 0 4 扣6 旬b 1 ， 、， c) ， ， c ， -。，。 1r 。 占 - 岱t， - i)t ， (1 qq q _-_ -_ o 0 _ a _- - 苗 。r -：i-_- 蛮。4 o o 。 1， oo 一 -一 0oa)dco - ， (， (cc - 1 01 0加4 07 0 图2 4 = 2 5 的主同步信号频域实部特性 7 ： s)o c)。o () ! - - - - 一口【 o日b ()o 1 _ 击 宁 ? - ? 。f旷f。彳下霄 7 节 vv 一 -_ 占o 一 -t- - ( o t ”o 耐 一 、 0oo) o 、 _ - ox ， o：(， () o ) cc，f) c 01 02 d加加卯7 0 图2 5 甜= 2 5 的主同步信号频域虚部特性 9 0 1 0 0 0 6 0 0 4 0 0 2 0 0 0 2 - 0 0 4 旬0 6 0 重庆邮电大学硕士论文 l ，d ) ? ) c 裂 。o o)( ) 1 殛 r ； e 3 - - _ ) ) c 前一贲赫 - n 一 k- 善 f 一隐 c 硝 一亍 。 蔓 喾。i d d ! ：d 芒 i 、 王j 1 ! ：6 i ， h 一 争- _ 一 -j。 r ；l 。1 ，i - 初始频偏 1 3 k h z ，1 3 k h z 范围内均匀分布； 时间偏移值7 0 t s ； 主次同步信号随机生成； 滑动步长s t e p = 1 6 ； 信道环境：3 g p pt s3 6 1 0 1 ( r 8 ) 规定的e p a ( 最大多普勒频移5 h z ) 测试信噪比点：0 d b ，6 d b ； 仅使用单帧进行计算； 系统带宽为1 4 m h z ； s n r = 0 d b 定时粗同步相关峰值 () 1) 日 ) c ) ( 5 ) w 。(d 餐啦 ) 豫 ：1 ，矿v 一一。一一 - 4 0 0 5 0 06 图3 3s n r = 0 d b 时间粗同步相关峰值 重庆邮电大学硕士论文 s r r = - - 6 d b 时间粗同步相关峰值 时f - j 图3 4s n r = - 6 d b 时间粗同步相关峰值 系统带宽配置为1 4 m h z ，时间偏移为7 0 t s 时，主同步信号起始位置应为 2 2 0 5 - 7 0 = 2 1 3 5 t s 处，按照以上的分析及仿真参数设置进行仿真。图3 3 和图3 4 是 信噪比为0 d b 和6 d b 时单次仿真的同步相关峰值。从图3 3 中可以看出，当信噪 比为0 d b 时，相关峰值约为4 9 0 ，峰值出现在第1 3 4 个窗内，从图3 4 中可以看出， 当信噪比为一6 d b 时，相关峰值约为1 2 3 ，相关峰值减小，但峰值也出现在第1 3 4 个窗内。由于滑动步长为1 6 ，可以计算出估计出的主同步信号的位置为 ( 1 3 4 - 1 ) 幸1 6 + 1 = 2 1 2 9 ，偏离正确的起始位置7 个t s ，满足预期的定时粗同步精度要 求。同时可以发现，在最大峰值的左右两侧也出现了较大的相关峰值，这是以下 两个原因造成的： 由于同频小区的干扰，导致接收数据中包含了其他小区的主同步信号，根 据第二章的分析，由于同频小区与本小区的时间差值非常小，导致了在主峰右侧 出现了非常大的峰值，此时检测虽然可能出现偏差，但由于同频小区的时间偏移 并不大，而该步仅是时间位置的初步估计，因此，估计的误差是可以接受的。 由于数据接收的不确定性，导致相关时出现点数的缺失情况，根据第二章 的分析，在缺失点数少于3 2 t s 以内时，相关峰值衰减并不严重，从而在主峰左右 两侧还出现了一些呈现递增和递减关系的峰值点。 实际中采用该方法时滑动步长和多帧迭代对系统的性能也会造成影响，而滑 动步长和迭代次数的增加则会加大运算量。在3 3 3 中将对这些影响进行分析，而 在3 3 5 中将对算法的复杂度做出评估。 第三章定时同步算法及邻小区i d 检测 3 3 3 相关参量对性能的影响 使用自相关方法时，滑动步长和多帧迭代次数都是变量，应根据实际需要在 性能和复杂度上进行综合考虑，同时还应考虑对系统复杂度的影响，滑动步长减 小和迭代次数增加，均会导致时间跟踪算法复杂度的增大，从而影响系统复杂度， 该节将对不同滑动步长和多帧迭代次数下的性能进行分析，并得出一个较理想的 滑动参量。 1 、多帧迭代对性能的影响： 仿真条件： 同频小区设置如第二章假设： 初始频偏【一1 3 k h z ，1 3 k h z 范围内均匀分布； 时间偏移值7 0 t s ； 主次同步信号随机生成； 滑动步长s t e p = 1 6 ； 簪 信道环境：3 g p pt s3 6 1 0 1 ( r 8 ) 规定的e p a ( 最大多普勒频移5 h z ) ； 测试信噪比点： - 6 d b ，6 d b - l ； 多帧迭代次数：e a s e l ( 2 帧迭代) 、c a s e 2 ( 4 帧迭代) 、c a s e 3 ( 8 帧迭代) 、 c a s e 4 ( 1 6 帧迭代) ； 系统带宽为1 4 m h z ； 仿真次数：每个信噪比点1 0 0 0 次； 。 判断准则：定时误差范围在 一3 0 ，3 0 t s 内； 术 v 将 督 镫 磊 轻 不同迭代次数对性能的影响 旷 - - - 4 ) - - - c a s e l - - - e - - c a s e 2 彳i 友 - - - 0 - - c a s e 3 - - o - - c a s e 4 ，j i，j 辔 7 一 s n r 图3 5 不同迭代次数检测成功率 从图3 5 中可以看出，多帧迭代次数为2 和4 时，其抗噪性能并不理想，在低 重庆邮电大学硕士论文 信噪比下，其检测成功率只有8 0 左右，当信噪比升高到2 d b 时，各种c a s e 下的 检测正确率几乎都达到了1 0 0 。当多帧迭代次数为1 6 时，可以发现其性能与迭 代次数为8 时几乎没有区别，因此选取8 帧迭代已经可以满足小区搜索定时粗同 步的要求。 2 、滑动步长对性能的影响： 首先对滑动步长取4 时的相关峰值进行分析， 仿真条件： 同频小区设置如第二章假设； 初始频偏 - 1 3 k h z ，1 3 k h z 范围内均匀分布； 时间偏移值7 0 t s ； 主次同步信号随机生成； 滑动步长：4 ； 信道环境：3 g p pt s3 6 1 0 1 ( r s ) 规定的e p a ( 最大多普勒频移5 h z ) ： 测试信噪比点：6 d b ： 仅使用单帧进行计算； 系统带宽为1 4 m h z ； 定时租同步滑动步长4 相关峰值 i ； ) i l 蠹 i 裂囔自量- 丘插h 躐磷藤函黼 时间 图3 6 滑动步长为4 时相关峰值 第三章定时同步算法及邻小区i d 检测 1 2 3 1 复5 1 2 2 1 2 1 5 1 2 1 趔 髫1 2 0 5 埘 同频小区设置如第二章假设； 初始频偏【- 1 3 k h z ，13 1 f f l z 范围内均匀分布； 时间偏移值7 0 t s ； 主次同步信号随机生成； 滑动步长：4 、8 、1 6 ； 信道环境：3 g p pt s3 6 1 0 1 限8 ) 规定的e p a ( 最大多普勒频移5 h z ) ； 测试信噪比点： - 6 d b ，6 d b ： 多帧迭代次数：8 ； 系统带宽为1 4 m h z ； 仿真次数：每个信噪比点1 0 0 0 次； 判断准则：定时误差范围在 3 0 ，3 0 】t s 内； 重庆邮电大学硕士论文 姗 器 甘 嚣 靼 不同滑动步长对性能的影响 矿 - e 卜g l i d e = 4 - 卜一g l i d e = 8 卜g l i d e = 1 6 唿 5nh 图3 8 不同滑动步长检测成功率 在图3 8 中可以发现，当滑动步长取值为4 和8 时其性能差距并不大，在s n r 大于2 d b 时，两者性能几乎相同。当滑动步长取值为1 6 时，低信噪比情况下其性 能不太理想，这主要是因为过大的滑动步长，导致接收窗受到同频小区和噪声干 扰的影响更加严重，判断位置的一次错位将导致1 6 个t s 的误差，而超出判断准 则的限制造成的。过大的滑动步长将导致时间跟踪算法接收数据的增加，进而导 致时间跟踪算法复杂度的大幅提升，因此滑动步长的选取应综合考虑基带芯片的 处理能力以及对系统复杂度的影响。 3 、不同信道环境检测结果 仿真条件： 同频小区设置如第二章假设： 初始频偏 - 1 3 k h z ，1 3 k h z 范围内均匀分布； 时间偏移值7 0 t s ； 主次同步信号随机生成； 滑动步长：8 ； 信道环境：c a s e 0 ：e p a5 h z ；c a s e l ：e v a7 0 h z ；c a s e 2 ：e t u7 0 h z ：c a s e 3 ： e t u3 0 0 h z ； 测试信噪比点： - 6 d b ，6 d b ； 多帧迭代次数：8 ； 系统带宽为1 4 m h z ： 仿真次