5G物理上行共享信道导频信道估计研究

5G新空口有望实现高速数据传输。为了应对5G新空口的复杂性需求,有必要在物理层处理中实现高效、高性能的算法。本文旨在优化5G新空口物理上行共享信道中的信道估计,通过开发一个基于卷积神经网络的自编码器,进行解调参考信号导频无线信道估计,并与传统的最小二乘信道估计方法相比较。本文指定了三个不同的实验场景,每个场景由不同的输入样本提供模型。此外,获取模型的数据是该过程中必不可少的一部分。为此,本文采用了兼容5G的链路级模拟器,并创新性提出用5G数据生成工具来生成高质量的数据集。该方法有效地训练了自编码器,使其达到泛化的水平,使模型能够准确地估计信道,并且无需考虑信噪比和信道模型。与最小二乘信道估计方法相比,自编码器的性能优于传统的估计方法,因此是5G上行物理层处理的一种有效解决方案。此外,在一定条件下,自编码器在所有信道类型和信噪比值上的估计误差平均比最小二乘方法低90%。

基于改进的VCFR物理层上行共享信道估计方法研究

针对DFT的信道估计算法不能解决由于信道信息能量在时域的拓展造成误去除有效信号径而导致的性能下降问题,研究了一种通过添加虚拟频率响应的信道估计算法[7];然而这种方法不能满足LTE物理层上行共享信道复杂的环境;故提出了一种采用新的窗函数和差异化去噪策略的改进的添加虚拟频率响应的信道估计算法;该算法具有较高的频带利用率,高速率传输能力和多路径衰落影响小等优点,所以在无线通信系统中得到了广泛的应用;理论分析和仿真验证表明,该算法能够有效地提高信道估计精度和系统性能,使得系统的误码率最大约提升2个dB左右,系统吞吐量较3GPP协议所要求的提升约4dB左右。

TD-LTE上行侦收中物理共享信道用户码流的恢复

在TD-LTE上行链路侦收中对用户信号进行非合作解调、获取其传输码流是后续用户特征信息分析的重要前提,同时也是实施移动通信终端精准管控的必要条件。针对这一需求,基于TD-LTE上下行帧结构时域特征之间的对应关系,通过下行侦察引导来获得上行定时粗同步,然后利用相位差值序列的频域线性相位特征来实现解调参考信号基序列的识别与定时精同步。在利用解调参考信号进行侦察信道估计与补偿之后,通过频域数据的傅里叶逆变换最终恢复出上行物理共享信道中DFT扩展的OFDM信号的调制星座图,从而得到用户传输码流。采集实际TD-LTE信号作为试验对象成功恢复出用户码流,验证了上述方法的有效性与实用性,为后续TD-LTE移动终端管控设备的研制提供了参考。

TD-LTE承载资源与物理信道分析

物理信道和承载资源是移动通信系统的重要概念。TD-LTE将复杂的用户数据、控制信息等分为9条物理信道,支持系统在无线信道中通过时域、频域和空域三维承载传输数据,为分析、研究TD-LTE系统提供了极大方便。在认真分析TDLTE系统各类物理承载资源、系统上下行资源分配模式及定义抽象信道后,详细地阐明了各种物理信道的特性和与承载资源在时域和频域间的映射定位关系。

一种基于SVD的LTE系统信道估计算法

针对长期演进系统中采用块状导频的上行物理信道,提出了一种基于奇异值分解的频域插值算法。与传统的插值算法相比,该算法利用上行物理信道的信道矩阵在时域与频域的变换关系,通过矩阵运算理论推导出导频符号对数据符号的插值实现公式,适用于上行各种导频分布样式。仿真结果表明,该算法在不增加实现复杂度的情况下,可以保证优良的信道估计性能,能够在芯片TMS320C6455中得到高效实现,可以作为TD-LTE综合测试仪的一种上行信道估计的插值备选方案。

5G系统PUCCH多用户复用的信道估计算法研究

在多用户同时同频发送信号的情况下,由于每个用户的解调参考信号叠加在一起,相互干扰,所以精确估计出每个用户的信道冲激响应具有很大的难度。文章针对5G系统物理上行控制信道(PUCCH)的发送格式4,利用不同用户的解调参考信号的特性,设计了一种特殊的信号矩阵,然后利用该信号矩阵,结合传统的单用户信道估计算法,提出了3种适用于5G系统PUCCH多用户复用情况下的信道估计算法,包括基于最小二乘(LS)的样条插值算法,基于LS的离散余弦变换(DCT)插值算法和基于线性最小均方误差(LMMSE)的DCT插值算法。最后对两个和4个用户的场景进行了仿真,仿真结果表明,所提的3种信道估计算法均适用于5G系统PUCCH的发送格式4,对于工程中的应用具有很大的参考价值。

5G系统PUCCH格式3的信道估计及其高速下的改进

针对5G系统物理上行控制信道发送格式3的格式特点,文章提出了一种时域维纳滤波信道估计算法。利用自相关矩阵计算导频部分的信道响应,再利用插值算法获得数据部分的信道响应。在瑞利衰落信道环境下进行Matlab仿真,与LS算法相比,该算法在性能上有很大的提高。在这个算法的基础上,文章进一步提出了适用于高速移动环境的改进信道估计算法。仿真结果表明,该算法具有一定的性能增益。

基于GPP的LTE上行链路并行策略研究

3GPP LTE系统需要支持很高的空口速率,这就对基带部分的信号处理时间提出了很高的要求。单线程的串行处理已经很难达到系统要求,需要引入并行化方法来实现高速的数据处理。在英特尔多核处理器上,针对LTE上行物理信道的特点,使用OpenMP并行化方法对上行数据进行了并行化处理,并通过测试比较,验证这种方法取得了很好的效果。

基于LabVIEW的LTE物理上行共享信道仿真

第三代移动通信技术的长期演进(LTE)系统上行信道采用单载波频分多址(SC-FDMA)方案,拥有较低的峰值平均功率比(PAPR)。首先介绍了LTE的时隙结构和物理资源,然后在3GPP 211协议的规范下,基于LabVIEW仿真了LTE物理上行共享信道过程,生成SC-FDMA信号。最后,仿真了LTE上行链路中SC-FDMA在不同调制方式和系统带宽中的PAPR。

FPGA与DSP的双向数据通信在LTE中的应用研究

TD-LTE系统中,为了满足对算法处理速度的要求,采用了基于DSP+FPGA的硬件平台实现方案。方案中DSP芯片配置FPGA,由FPGA实现系统的时序控制,而TD-LTE系统中算法由DSP与FPGA共同实现,可以充分发挥两种芯片的优势,达到系统性能的最优化。为解决DSP与FPGA之间高速数据通信,基于TMS6455系列DSP芯片与Virtex6系列FPGA芯片,设计了一种DSP与FPGA进行双向数据通信的方案。板级联合调试的结果表明,该方案具有较高的可行性和通用性。

LTE网络物理上行随机接入信道前导码规划方法

对于LTE网络,物理上行随机接入信道(Physical Random Access Channel,PRACH)的作用是随机接入,是用户进行初始连接、切换、连接重建及上行同步的唯一途径。要确保用户接入的成功率,合理规划物理上行随机接入信道前导码,对网络的接入性能与容量起到至关重要的作用。规划前导码的过程涉及小区的覆盖半径、场景、前导格式及循环位移、物理随机接入信道、前导起始资源块位置的等方面的确定。

LTE PUCCH DTX检测性能提升的新方法

为了进一步提升LTE PUCCH DTX检测及数据解调性能,提出了一种对UE均衡解调数据先进行时隙间、天线间的NI拉平处理,然后再进行DTX检测以及PUCCH解调处理的新方法。仿真表明,与传统的检测方法相比,在NI不一致的场景下(特别是多UE、大干扰场景),该方法有效提升了PUCCH信道的无线性能和整个LTE系统的吞吐量。

LTE-APUSCH组合索引求解算法与DSP实现

LTE-A(改进的长期演进)上行支持一种基于Clustered DFT-S-OFDM(集合式离散傅里叶变换扩展正交频分复用)的非连续频域资源分配方式,而为了在PUSCH(物理上行共享信道)中实现这种分配方式,求解组合索引成了一个关键问题。针对这个问题,文章提出一种基于组合数系统的贪婪算法,以查表的方式取代传统的全搜索算法,查找次数从O(N4)降到了O(N)。最后通过在DSP(数字信号处理器)中实现该算法,证实了该算法具有更强的可行性和有效性。

LTE系统中PUSCH关键模块的FPGA实现

提出一种第三代合作伙伴(3GPP)长期演进(LTE)上行共享信道中传输预编码的实现方案,即基于现场可编程门阵列(FPGA)的多种混合基离散傅里叶变换/离散傅里叶逆变换(DFT/IDFT)处理器。这种DFT/IDFT处理器根据不同的输入数据长度进行动态配置,使硬件资源得到共享,处理速度及数据精度满足LTE系统测试要求。采用Verilog HDL语言在Xilinx公司的Virtex-5系列FPGA芯片内成功对该处理器模块进行了验证,并对其进行了优化。

基于载波聚合的PUSCH分配研究

3GPP(第三代合作伙伴计划)在LTE-A(高级长期演进)系统中引入了载波聚合技术,这就允许UE(用户设备)能够同时调用不同的带宽。同时,PUSCH(物理上行共享信道)分配不再限定为只能传输一块连续的频谱资源,所以载波聚合下的PUSCH分配成为一个新的研究课题。而现有方案只是以前技术的复用,不能达到资源的最大化利用。文章在现有方案的基础上提出一种在载波聚合场景下最大化PUSCH资源利用的方案,系统级仿真验证表明,改进后的方案能够实现PUSCH资源利用最大化。

LTE随机接入流程研究

从LTE随机接入过程的特点、触发的环境入手,说明随机接入是保证通信建立的决定性环节;详细分析了基于竞争模式的随机接入过程的各个流程,包括流程中的各种定时器的触发条件、参数的配置以及5种触发条件在过程中的不同。

5G系统中基于相位补偿的半盲检测算法

由于物理上行控制信道格式2发送的解调参考信号所占发送信号比例较小,精确检测发送数据具有一定难度。针对现有半盲检测算法在有相位干扰情况下性能较差的问题,通过加入相位补偿过程,利用信号的相关性最小化损失函数,结合现有算法提出了基于相位补偿的半盲检测算法。仿真结果表明,所提算法在信噪比为-10 dB的情况下信号检测误码率相比传统算法下降了48.49%,并且所提算法的适用性相较基于信道复用的半盲检测算法得到了提升,适合实际工程应用。

基于FPGA的LTE解调参考信号生成的实现

参考信号在LTE(Long Term Evolution,长期演进)中具有重要的作用,主要用于接收端提取信息并用于信道估计、均衡等.根据LTE系统相关的物理层协议规范,结合现场可编程逻辑门阵列(Field-Programmable Gate Array,FPGA)设计技术,给出了解调参考信号生成的设计流程图.并采用ALTERA公司Cyclone III系列的FPGA芯片实现了解调参考信号的生成.仿真结果表明,基于FPGA的解调参考信号生成实现方案能够达到LTE相关协议规定的要求.

LTE基站接收性能测试分析

分析LTE系统中PUSCH信道的HARQ技术、UE上行同步技术,PUCCH信道技术特征以及PRACH信道技术特征,并分别给出了相应的测试方案和指标要求,提出明确的测试体系要求。

5G速率分析

为了解决5G业务速率问题,分析了上行物理信道和下行物理信道以及相应的信令信道的开销占比,研究了得到业务速率模型,通过仿真得到5G理论速率、下行理论速率和下行业务速率随SINR变化情况,从而可指导后续站点容量和布局规划。