论文部分内容阅读
第五代移动通信(5th Generation Mobile Communication,5G)系统相比于长期演进(Long Term Evolution,LTE)系统制定了新的协议标准,并且引入多种关键技术。大带宽、大连接和低时延高可靠的5G系统将支撑人工智能、大数据、物联网等产业落地,构建万物互联的智能世界。小区搜索作为5G系统下行基带信号处理的关键环节,影响着终端(User Equipment,UE)的通信质量。本文主要研究小区标识检测、下行时频同步和物理广播信道(Physical Broadcast Channel,PBCH)接收处理,利用现场可编辑门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)实现同步信号与物理广播信道块(Synchronization Signal PBCH Block,SSB)的完全检测。主要工作内容与创新如下:1.本文在5G系统中复现5种正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)符号同步算法,并给出一种排序判决的方法,避免基于主同步信号(Primary Synchronization Signal,PSS)的滑动对称自相关算法出现同步点误判。2.针对下采样后可能的符号同步偏差,增加符号精同步过程进行校准。在对符号同步两个阶段的算法进行性能分析后,选取基于PSS的滑动互相关算法进行FPGA设计。基于5G系统仿真载波频偏估计算法以区分性能优劣,通过辅同步信号(Secondary Synchronization Signal,SSS)的频域互相关检测获取小区组标识。3.针对基于解调参考信号(Demodulation reference signals,DMRS)的信道估计算法进行研究与分析,将最小二乘算法与线性插值作为实现方案。研究PBCH接收处理的各功能模块后进行FPGA设计,通过改进码字解扰模块使运算量减少75%。提出一种基于DMRS估计的PBCH接收处理流程,将随机搜索的最多8次链路处理减少为1次。4.本文对小区搜索的各个模块进行FPGA设计与实现,利用Modelsim功能仿真与集成逻辑分析仪(Integrated Logic Analyzer ILA)抓取关键信号验证方案的正确性,通过性能测试、时序分析和资源消耗报告评估方案的合理性。在100M带宽与SSB的Case C模式下,FPGA执行下行时频同步(含小区标识检测)、PBCH接收处理的时间分别为4.794ms与0.149ms。信号检测后的误差向量幅度(Error Vector Magnitude,EVM)为12.98%,满足协议不超过17.5%的规定。芯片的存储资源消耗率仅为8%,各项指标符合项目验收要求。