论文研究-基于DSP的LTE同步信号频偏研究 .pdf

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基于DSP的LTE同步信号频偏研究,谢伟,李小文,LTE系统是基于OFDM多载波调制技术,其作为下一代移动通信系统应能够提供多种服务和高速数据业务。OFDM是一种很有潜力的多载波调制技�
山国利技论孓在线 主同步信号序列为(除去了直流载波),根序列号值分别为,和, 规定每小区有个唯一的小区识别号,共分成个小区组,每组共个组内小区号。根 厅列号值分别与怎组的组内小区号相对应,它们的对应关系如下表: 表组内小区号与根序列号对应关系 序列的自相关和互相关特性如下图所示: 其自相关值为: 互相关值比较低,适合徹相关运算产生峰值 主同步信号在时隙上是映射到和子帧的第三个 符号,其在频率上共占用 个子载波,并且其频率位置总是在所分配的带宽中央,结构如图所示 Hachured X X d0)dl) d29) d(30) d51)d52) de A DC ale 31 subcarriers s subcamiets 图主同步信号频率位置 图中中间的破打孔,为直流载波,序列两边各占个空闲子载波不传信号。 于机开机后会对所有支持的频率进行功率测量,将测量结果存入测量表,并将功率大 的频率点发给高层,由高层依功率大小对这些频率进行小区驻留的尝试。为了能够驻留 小区,必须和小区进行同步,才能进行之后的小区信息解读等 系统的小区驻留过程实际上是和小区取得时间和频率同步,并检测小区的 过程,其涉及的信道主要包括同步信道,广播信道()和下行参考信号(), 随着功能的进一步划分,又将分成主同步信道()和辅同步信道() 通过这些信号可以获得小区特定信息如小区、小区天线配置情况、网络特定信息、下行 系统时钟和频率同步等。主同步信号是用于时隙定时和频率校正,以及找出小区组内的小区 号,并且可作为辅同步信号的相干检测。对主同步信号的频偏分析是在小区取得同步之后, 即取得第一个的符号级定时之后进行的。 其初步流程如下图所示: 山国技论义在线 开始 r 查找,获取时钟 保存相关值 频偏估计 结束 图初步流程图 原理与算法描述 根据对接收端的分析及其原理,可设各阶段的变量及內存区如下表所示: 表各阶段变量及内存区 变量 长度 说明 表示数据抽取和搬移工作是否完成 根据平均功率得到的门限值 估计的频偏信息 为做相关而保存的样本连续内存区,样本是复 数,所以每个样本个 共 保存本地的相关序列(),由于是复数 所以共 侏存相关的结果,由」是复数,需要个 判断是否捕获同步 在接收端用本地相关系列对接收数据进行滑动相关运算。如图所示 接收到的数据() 图相关运算原理图 山国利技论孓在线 其中接收到的数据为倍速过采样后的个样点隔取得到的个数据,本 地相关序列为。由于使用的内存有限,不可能将足够长的包含 的无线帧都接 收下来再进行相关,所以我们采用接收一个符号长度数据,并处理,再接收下一个 符号数据。由于我们不能保证所接收到的数据恰好就是开始的位置,所以要对接收到 的上一符号数据进行缓存,以此保证能进行连续数据相关运算,并设计了下图所示的储存与 相关运算方法: 固定内存1(2048)固定内存2(2048) 62 图本文设计的储存与相关运算方法 如图所示的两个内存单元中,后一个用于保存新接收到的数据并且首先与本地序列 做相关,当做完相关运算后,将其移动到前一内存,并将新接收到的 符号数据保存 到后一内存并重复之前的方法,继续倣相关运算,这样就保证了相关运算的连续性。 根据序列的性质,如式所小,将接收到的信号经变换后,可得频域上的平均功率 近似值为,可将判决门限值设为,当相关结果大于时,则断定同步位置出现。在捕 获同步的基础上,设从无限网络采样的符号数据为: 其中为发送信号 ,接收信号绎过串并变换后,去除掉,纾过 变换,得到频域上的数据为: ∑·将(5)式代入 ∑ 7 ∑∑ 其中为需要的有用信号,则为载波间干扰 则为噪声。同时也可以看出由于 频偏,有用信号幅度衰减了,其相位也偏移,并且受到了干扰。对上式用本地序 列对其做滑动相关运算 山国利技论孓在线 ∑ +n7 其中本地的相关序列为()式定义 在不考虑噪声η的情况下,求出的近似值,即 祁据居②2)式可得: 进一步可以得出频偏: 流程描述 综上所述,本文的检测算法主要基于以下几个步骤 将接收到的 符号长度数据块信号经变换后,放入后一内存区 计算接收信号的平均功率值,并保存。 进行点的逐点滑动相关运算,)利用计数器和定时器寻找高于门限值的相关值 的模和时间 若没有找到高于门限值的相关值,则将数据块移动到前一内存区,更新后一内存区, 重复上一步骤。 若找到高」门限值的相关值,保存当前计数器和定时器的值,以及相关值,用于频 偏估计。 根据保存的相关值结果,计算该复值的角度。 用计算出的角度值乘以/ 得到所需的频偏 由此,基于的频偏估计实现流程如下图所示: 山国利技论孓在线 开始 数据初始化 启动定时器 确定门限值 保存相关值的内 计算下 存区并计算此处 处点乘 的点乘累加 累加 相关值的模 计数器 高于门限 设置 ,停止计 数器和定时器,并记 史新内存区,将 录其值和相关值 后一内存内容搬 移至前一内存 初步定时 棖据频偏公式,计 算频偏 结東 图频偏估汁的实现流程图 为了便于观察,我们根据原理及算法做出了如下的理论结果: N-2028 30 图 本地序列与接收信号定时估计桕关值 山国利技论孓在线 由上图可以看岀,值为的本地序列计算出的相关值存在峰值,且其峰值较大,较 为明显。可以很明显地检测出发送信号,并且可以确定发送信号使用的是值为的主同 步信号,其在处取得最大值,根据表的对应关系,可以确定小区组内小区号 ,。同时可以看出,基于序列的主同步信号的良好相关特性,只需进行一次峰值检测 就能够准确地测出信号。在实现中可以用器件进行快速运算,比现有的其它方法只有 更低的运算复杂度,并且效果显著 frECIFrry 1TSe1 astimate er'nr standard rFuiatint 图不同信噪比下的频偏估训标准方差 由图中可以看岀随着信噪比的提高,频偏佔计的标准方差逐渐减小,当频偏为时的 佔计性能与理想值差不多,性能接近。在信噪比为的情况下,其达到级别。频偏佔 计效果还是比较满意的。同时,也可以看出在信噪比为的情况下,估计的标准方差值较 大,在高信噪匕情况下依然受到和嗓声的微弱干扰,但是由于序列良好的相关性能, 的十扰凵经很黴弱了 佟不同信噪比下的频偏估计 从图中可以看出, 的情况下,估计出的频偏在低信噪比情况下波动较人,随着 信噪比的提高,其值也趋于稳定。而的情况下,估计出的频偏效果较好,中图可看出 不同实际频偏情况下,得出的估计效果是不同的,当实际频偏越大,则受到的载波间干 山国利技论孓在线 扰和噪声的影响也就越大,在这种情氿卜,估计岀的偏移也较不精确。反之实际频偏越小, 则估计出的频偏值越接近于真实频偏,估计效果更好。所以在系统中,要使信号受频 偏影响减小到最低,最好的办法辶一就是提髙系统发送,接收端频率源品振体的精确度,减 小由发收两端产生的频率偏移,这样就可进一步得到较好的频偏估计值。 结论 本文主要探讨了系统的主同步信号的产生和特点,以及在小区初搜过程中的作用, 并详细介绍了处理器在通信系统中的应用,提岀了基于的频偏估计算法及其流程, 本文的算法思想及流程适用于所有处理器件。最后通过理论结果对同步信号的频率校 正进行了分析。木文提供了一种简单,并且高效的同步方法,从结朱可以看出,频偏估计效 果是很好的。同吋,也可得知 系统的频率偏移对系统的性能影响是很大的。 山国利技论孓在线 参考文献 唐利平刘镰斧 及其物理层技术综述 佟学俭罗涛 移动通信技术原理与应用北京人民邮电出版社 申敏,郑建宏原理及其在移动通信中的应用北京人民邮电出版社 沈嘉索士强全海洋等长期演进()技术原坦与系统设计北京人民邮电出版社 罗丹刘艳基于正交训练序列 系统频率同步方法重庆电大学学报自然和学版 作者简介:谢伟,男,四川遂宁人,硕士研究生,研究方向为移动通信。 。李小文,男,重庆人,高级工程师,研究方向为移动通信。

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