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基于矢量处理器的5G-NR上行控制信道实现技术研究

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基于矢量处理器的5G-NR上行控制信道实现技术研究

作者：汪芸东南大学

学位级别：硕士

在第四代移动通信长期演进技术(4G LTE,4G LTE,the 4th Generation Mobile Communication System Long Term Evolution)系统的基础上,移动通信数据业务迅速发展,不同维度的新应用和新技术也开始涌现,这对无线网络的发展提出了更大的挑... 详细信息

在第四代移动通信长期演进技术(4G LTE,4G LTE,the 4th Generation Mobile Communication System Long Term Evolution)系统的基础上,移动通信数据业务迅速发展,不同维度的新应用和新技术也开始涌现,这对无线网络的发展提出了更大的挑战。第五代移动通信新空口技术(5G NR,the 5th Generation Mobile Communication System New Radio)系统为了应对更高的系统吞吐量、更低的传输时延、更高的可靠性以及更多的用户连接数这些方面的需求而被提出。本文针对5G NR系统物理上行链路控制信道,以3GPP协议性能要求为基准,研究了此信道不同格式发送和接收链路的实现原理,设计了不同格式的接收机的基带处理算法,在软件仿真平台上对算法进行了性能上的仿真与验证,基于矢量处理器设计了数据并行处理的接收机函数,具体的工作有:首先,本文分析了5G NR系统中的物理层基础结构,包括参数集帧结构和物理时频域资源。归纳了物理上行链路控制信道(PUCCH,Physical Uplink Control Channel)几种格式的特点,并介绍了在此信道中使用的序列生成原理以及传输的上行控制信息的内容,总结了高层对控制信道资源分配的方式。其次,针对不同的格式特点,本文分析了不同格式的基带处理过程,设计了不同的接收机算法。针对基于序列选择生成的PUCCH格式0采用了相关检测的接收算法,针对具有正交扩频且与导频序列在时域上进行复用的PUCCH格式1采用先解扩再进行LS信道估计、信号检测及解星座映射的过程实现检测接收,针对携带大量上行控制信息的PUCCH格式2/3/4采用传统的接收机结构进行检测接收,以PUCCH格式2为例,详细说明了各个步骤中使用的算法,包括基于维纳插值滤波的信道估计算法、基于MMSE的信号检测算法、基于软比特的解调和解扰算法以及基于快速哈达玛变换的Reed Muller码译码算法。在软件仿真平台上验证了所有接收算法的可行性。最后,本文使用CEVA公司提供的XC4500芯片架构作为DSP软件开发平台,采用矢量处理架构和C编译器同时设计的定点化高级编程方案,完成PUCCH接收机的软件算法实现。根据自顶向下逐步求精的结构化程序设计方法,从PUCCH接收机主函数出发,细化设计了不同格式的接收处理函数,包括序列生成、相关处理、信道估计、信号均衡、RM码译码等。本文充分利用了DSP芯片的超长指令字架构和单指令多操作概念的特性,通过该特点设计的函数可以实现数据并行处理达到加速接收处理过程,最终验证设计的接收机算法有一定的实用价值。为今后工程上实现PUCCH接收链路和搭建整个5G-NR物理层基带收发机提供基础。

关键词：第五代移动通信系统物理层上行控制信道检测接收矢量处理

基于Multi-TRP的5G-R上行控制信道接收技术研究

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铁道通信信号 2022年第8期58卷 8-16页

作者：郑涵予王东明宋铁成陈建平东南大学移动通信国家重点实验室东南大学—泰通科技铁路5G移动通信联合研发中心南京210096 南京泰通科技股份有限公司南京210039

高铁5G专网(5G-R)对可靠性和时延有更高的要求,而控制信道的可靠性尤其重要。多点传输(Multi-TRP)可以显著提高5G-R性能,是3GPP R165G的重要特性。研究了基于Multi-TRP的5G-R的PUCCH性能。首先,分析了Multi-TRP下控制信息的工作机制;然... 详细信息

高铁5G专网(5G-R)对可靠性和时延有更高的要求,而控制信道的可靠性尤其重要。多点传输(Multi-TRP)可以显著提高5G-R性能,是3GPP R165G的重要特性。研究了基于Multi-TRP的5G-R的PUCCH性能。首先,分析了Multi-TRP下控制信息的工作机制;然后,研究了在不同的控制信道格式下,多个接收点的接收信道估计方法和检测方法;最后,通过仿真试验对比了多个接收点的性能。仿真结果表明,Multi-TRP多点接收的性能显著优于单个TRP接收的性能。

关键词：铁路5G专网多点传输上行控制信道信道估计盲检测误码率

载波聚合下的TD-LTE-A物理上行控制信道研究及实现

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载波聚合下的TD-LTE-A物理上行控制信道研究及实现

作者：冯友波重庆邮电大学

学位级别：硕士

过去二十年,蜂窝通信的发展速度令人难以置信,用户数量飞速增长,新兴技术层出不穷。随着高质量无线多媒体服务需求的增加,无线电接入技术继续推进并加速着下一代移动通信系统的问世。国际电信联盟将第四代蜂窝通信标准统一归入IMT-Advan... 详细信息

过去二十年,蜂窝通信的发展速度令人难以置信,用户数量飞速增长,新兴技术层出不穷。随着高质量无线多媒体服务需求的增加,无线电接入技术继续推进并加速着下一代移动通信系统的问世。国际电信联盟将第四代蜂窝通信标准统一归入IMT-Advanced中,3GPP递交的TD-LTE-A标准中引入了CA（Carrier Aggregation,载波聚合）技术,能使全球运营商最大限度的利用有限频谱资源来提高数据速率和用户体验,同时还减少了采购和运营成本。本论文基于国家重大科技专项“TD-LTE-Advanced系统试验设备开发”,围绕着CA技术的研究展开,通过对相关理论的研究,提出了一些新的解决方案。论文主要研究成果归纳如下:首先,研究了CA场景下的TD-LTE-A系统PUCCH（Physical Uplink Control Channel,物理上行控制信道）。以支持CA的PUCCH格式3为例,介绍了这种新增格式的链路处理流程和实现。接着,通过MATLAB仿真发现,CA场景下,上行PAPR（Peak of Average Power Ratio,峰均功率比）过高,严重影响了通信性能。针对这个缺点,在研究现有降低PAPR算法的基础上,结合傅里叶变换特点,提出了一种易于实现且复杂度较低的改进PTS（Partial Transmit Sequences,部分发送序列）算法。通过仿真可以看出该方案能够有效地改善通信性能。在DSP芯片C6455上对这种改进算法进行了设计与实现,从程序所占存储空间和运行耗时两方面出发,对实现性能进行了分析。结果表明,提出的解决方案完全符合实际项目的要求。最后,结合HARQ技术基本原理,对多载波下的HARQ信息反馈方式进行了研究,重点研究了成员载波较多时HARQ信息反馈采用的方式,从如何减小下行HARQ反馈时延出发,对现有的反馈方式进行了改进,减小了约23.1%的反馈时延。

关键词：载波聚合上行控制信道峰均功率比 HARQ

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LTE-A系统中上行控制信道的研究与仿真

LTE-A系统中上行控制信道的研究与仿真

作者：蒋婵娟武汉理工大学

学位级别：硕士

随着移动通信系统三十多年的快速发展，人们对移动通信技术有了更高要求，力求保证渠道的便利性、种类的丰富性以及时效的敏捷性。因此LTE（LongTerm Evolution）作为目前通信技术中前沿技术，在降低系统复杂性、提高数据传输速率、提... 详细信息

随着移动通信系统三十多年的快速发展，人们对移动通信技术有了更高要求，力求保证渠道的便利性、种类的丰富性以及时效的敏捷性。因此LTE（LongTerm Evolution）作为目前通信技术中前沿技术，在降低系统复杂性、提高数据传输速率、提高系统覆盖方面作了很大努力。而LTE-Advanced作为LTE的演进技术，则通过引进新技术如载波聚合、增强MIMO、中继以及多点协作进一步提高了移动通信系统的性能。 PUCCH作为LTE-A上行物理层链路中重要的信道，由于承载着上行控制信令用以支持上下行传输信道的传输，这些信令的正确解析才能保证调度信息正常运行，因此在整个LTE系统中起到重要作用。PUCCH信道作为一个窄带的码分复用信道，用户间的干扰是影响PUCCH性能好坏的重要原因，本文正是针对LTE-A PUCCH关键技术的研究。工作内容归纳如下：（1）根据3GPP物理层协议，研究并设计了LTE-A PUCCH的发送端方案，发送端主要包括信道编码、调制、ZC序列生成、数据调制与扩频、发射分集和SC-FDMA符号生成等功能。重点研究了发射分集技术，LTE-A中为了抑制LTE-A中其他小区间PUCCH的干扰提出了发射分集技术，有STBC、SFBC、FSTD、SORTD几种方案。（2）根据发送端方案，研究并设计了LTE-A PUCCH接收端方案，主要包括前端处理、解资源映射、信道估计、信号检测、解扩、解扰、解调、ACK/NACK检测以及信道译码等功能。重点研究了接收端的信道估计和信号检测算法，在传统算法的基础上，提出一种改进的信号检测算法，针对排序的串行干扰消除算法进行了优化。（3）搭建LTE-A PUCCH链路模型，仿真实现了发送端和接收端的各个模块，检测系统的性能。主要包括对几种发送分集的性能比较，分析几种分集方式的优缺点，得出了最佳的上行控制信道分集方案;其次采用不同信道估计和信号检测算法进行性能比较分析，验证改进算法的可行性。

关键词：上行控制信道 SD-FDMA 发送分集信号检测 LTE-Advanced

TD-LTE-A上行控制信道接收机设计与实现

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TD-LTE-A上行控制信道接收机设计与实现

作者：郭霞燕华中科技大学

学位级别：硕士

TD-LTE-Advanced作为TD-LTE的长期演进技术,3GPP组织已经完成了TD-LTE-Advanced标准Release10版本的制定。PUCCH作为承载上行控制信令的信道,对于系统能够正确收发数据起到至关重要的作用,因此在TD-LTE-Advanced上研究PUCCH的接收算法... 详细信息

TD-LTE-Advanced作为TD-LTE的长期演进技术,3GPP组织已经完成了TD-LTE-Advanced标准Release10版本的制定。PUCCH作为承载上行控制信令的信道,对于系统能够正确收发数据起到至关重要的作用,因此在TD-LTE-Advanced上研究PUCCH的接收算法很有意义。本文主要针对TD-LTE-Advanced系统物理层上行链路中的控制信道PUCCH的基带接收机进行设计以及定点实现。结合相关3GPP协议标准阐述了TD-LTE-Advanced系统物理层上行链路中的控制信道PUCCH基带接收机的系统级设计,介绍了PUCCH信道结构,研究经典的信道估计算法,包括LS、MMSE、线性插值和二维维纳滤波插值等。通过仿真比较了上述信道估计算法的复杂度和误码率,仿真结果表明1)参考信号上如果使用LS算法做信道估计,则能够在满足系统性能要求的情况下大大减少运算的复杂度;2)数据符号上如果使用二维维纳插值算法做信道估计,能有效降低数据符号的传输误差,改善数据的误码率性能。上述结论为搭建PUCCH基带接收机提供了理论指导。在TD-LTE-Advanced系统中,根据传输上行控制信令的种类,将PUCCH分成格式1/1a/1b/2/2a/2b/3七种类型。本文设计TD-LTE-Advanced系统物理层上行链路中的控制信道基带接收机算法,并使用相关软件对收发链路系统在不同格式下的系统误码率性能进行仿真。通过对比发射端使用单天线以及多天线传输的情况,从误码率曲线的斜率可以看出使用发射分集技术能够提供更好的性能。此外,本文结合浮点接收算法,在UNIX系统上搭建TD-LTE-A物理层上行链路系统平台。通过对接收算法进行量化,论文提出了DSP上的定点算法实现方案,并通过仿真DSP系统的定点化信噪比与时间的关系,得到了定点实现能够满足系统的性能要求。

关键词：上行控制信道上行链路导频信道估计信噪比

LTE/LTE-A系统上行控制信道的研究及仿真

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LTE/LTE-A系统上行控制信道的研究及仿真

作者：张倩北京交通大学

学位级别：硕士

长期演进计划（Long Term Evolution, LTE）是下一代移动网络公认的演进方向。他是第三代（3G）和第四代（4G）移动通信技术之间的一个过渡,通常被称为3.9G。LTE系统可以提供高带宽,高速率,改善了小区边缘用户的性能,同时提高了小区容量... 详细信息

长期演进计划（Long Term Evolution, LTE）是下一代移动网络公认的演进方向。他是第三代（3G）和第四代（4G）移动通信技术之间的一个过渡,通常被称为3.9G。LTE系统可以提供高带宽,高速率,改善了小区边缘用户的性能,同时提高了小区容量,降低系统延迟,而LTE-A（LTE-Advanced）系统作为LTE系统的演进,进一步提高了移动通信系统的性能,目前,LTE和LTE-A系统及其关键技术是当前移动通信领域研究的热点。分析了上行链路的接入方式,由于移动终端低功耗以及低成本的要求,LTE/LTE-A系统采用了SC-FDMA作为其上行接入方式,研究了SC-FDMA以及上行接入技术OFDMA的基本原理,在此基础上进行了研究以及仿真,证明了SC-FDMA具有较小的PAPR,在SC-FDMA技术的基础上介绍了上行链路的帧结构以及参考信号的设计。这些都为上行链路的PUCCH链路级仿真平台的搭建做准备。 PUCCH承载着上行控制信令,这些控制信令对上下行共享信道的正常工作起着十分重要的作用,根据控制信令的种类,PUCCH共有7种格式,仿真并实现了PUCCH7种格式的发送端以及接收端系统模型,实现了PUCCH链路级仿真平台的搭建,然后在该平台上分析了不同格式的误码率性能,该仿真平台可以用于其他PUCCH技术的研究与仿真。 PUCCH格式3是在LTE-A系统中新提出的发送格式,能够传递48比特的编码控制信息,目前尚未确定PUCCH的发送分集模式,本文研究了3种PUCCH发送分集模式,从复用用户容量、误码率性能以及复杂度等角度分析了3钟分集方式的优缺点,得出了SORTD是更优的PUCCH发送分集方案。

关键词：单载波频分复用上行控制信道发送分集链路级 LTE LTE-A

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LTE上行控制信道信号检测算法设计

LTE上行控制信道信号检测算法设计

作者：赖国清华南理工大学

学位级别：硕士

近年来，无线通信技术在提高数据传输速率，降低系统时延，增大系统容量和覆盖范围以及同时降低运营成本方面都得到了很好的发展。目前代表无线通信技术最新发展方向的是3GPP所启动的长期演进计划(Long Term Evolution,简称LTE)，它以OF... 详细信息

近年来，无线通信技术在提高数据传输速率，降低系统时延，增大系统容量和覆盖范围以及同时降低运营成本方面都得到了很好的发展。目前代表无线通信技术最新发展方向的是3GPP所启动的长期演进计划(Long Term Evolution,简称LTE)，它以OFDM+MIMO作为其核心技术，给通信业界带来了新一轮革命。我国的具有自主知识产权的3G技术TD-SCDMA也通过自身的演变加入了LTE的行列成为其中的TDD版本，并且被全球范围内越来越多的营运商采用。LTE的上行控制信道主要负责用户控制信息和HARQ反馈信息的传输，基站对上行控制信道的解调性能极大地影响着用户的实际体验。本文对LTE上行控制信道信号检测算法进行研究，并提出一种新的频域检测算法。该检测算法分别利用参考信号域和控制信息域内的接收信号对频域信道冲击响应功率和噪声功率进行估计，保证了估计准确度。同时结合多天线MRC和检测概率理论计算出DTX检测门限，该门限具有很好的鲁棒性。文中详细描述了该检测算法的设计思路、过程和完整的算法步骤。最后，本文还搭建了适合多用户和单用户配置的上行控制信道仿真平台，通过链路级仿真的方法，验证了提出的算法具有不错的性能表现，达到了预期的设计要求。

关键词：长期演进上行控制信道信号检测 DTX 门限性能

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LTE上行控制信道接收机算法设计

现代电信科技 2017年第1期47卷 38-41页

作者：邓单广州市番禺职业技术学院广州511483

针对LTE系统,研究上行控制信道的检测算法及其性能分析。首先对LTE系统中上行控制信道的帧格式进行了简要介绍;再根据标准帧结构,提出针对上行控制信道的简单有效的估计与检测算法。最后通过数值仿真对所提算法检测性能进行了详细的验证。

关键词： LTE 上行控制信道检测算法性能分析

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高速移动下5G PUCCH接收技术研究

高速移动下5G PUCCH接收技术研究

作者：郑涵予东南大学

学位级别：硕士

由于火车，特别是高速列车的飞速发展，高速行驶的相关技术引起了学术界和工业界的广泛关注。同时，随着移动通信技术的不断发展以及对人性化服务需求的不断增加，大量5G相关技术研究正在全面进行。5G新空口（5GNewRadio,5GNR）作为一种... 详细信息

由于火车，特别是高速列车的飞速发展，高速行驶的相关技术引起了学术界和工业界的广泛关注。同时，随着移动通信技术的不断发展以及对人性化服务需求的不断增加，大量5G相关技术研究正在全面进行。5G新空口（5GNewRadio,5GNR）作为一种为5G开发的全新空中无线接口，具有高可靠、低时延的特点。因此5G技术很大程度上可能是应对高速移动环境下通信的高可靠性和高吞吐量要求的有前景的解决方案。在设备与基站传输数据的过程中，物理上行控制信道（PhysicalUplinkControlChannel,PUCCH）承载着能够决定上下行传输质量的上行控制信息（UplinkControlInformation,UCI），对用户和基站之间是否能够正常有效地传输起着决定性作用。因此本文以5G国际标准和协议为主要研究依据，以高速移动环境和多发送和接收点技术（Multi-transmissionandreceivingpoints，Multi-TRP）为研究基础，对5GNR中PUCCH的接收算法进行了设计和改进，主要研究如下：　　（1）本文首先研究了PUCCH的信道结构以及信道估计算法，包括最小二乘算法（LeastSquare,LS）、线性最小均方误差算法（LinearMinimumMeanSquaredError,LMMSE）两种基本算法，在此基础上针对特殊PUCCH格式提出时域维纳滤波信道估计算法，并介绍了线性插值和二维维纳滤波插值等插值算法，针对上述信道估计算法的复杂度和均方误差进行仿真与分析。接下来分别对迫零检测（ZeroForing,ZF）和最小均方误差检测（MinimumMeanSquaredError，MMSE）这两种信号检测方法进行仿真和对比。根据不同PUCCH的格式要求，选择合适的信道估计算法，有效降低信号的传输误差，为PUCCH基带接收算法的设计与改进提供理论基础。　　（2）结合3GPP相关协议标准设计了5G系统物理层上行链路中的PUCCH基带接收算法，同时，重点对5G系统在高速移动环境下的性能进行研究，分析多普勒效应对PUCCH接收性能的影响。针对此问题，本文提出了PUCCH在高速移动环境下的改进接收算法：增加频偏估计与补偿、时偏估计与补偿和信干噪比的估计与测量等步骤，加入多发送和接收点（Multi-transmissionandreceivingpoints，Multi-TRP）技术的应用。为了还原高速移动信道环境，本文利用MATLAB软件搭建高铁隧道场景分布式MIMO信道模型的上行仿真链路，对不同格式的PUCCH接收算法进行仿真。选用均方误差（MeanSquaredError,MSE）和误比特率（BitErrorRate,BER）作为评判性能的标准。仿真结果印证了改善后的接收算法在高铁环境下的可行性和性能优越性。

关键词： 5G系统上行控制信道高速移动环境信道估计信号检测