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基于矢量处理器的5G-NR下行同步实现

基于矢量处理器的5G-NR下行同步实现

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作者：刘莉东南大学

学位级别：硕士

第五代移动通信(The 5th Generation Mobile Communication,5G)作为最新一代移动通信技术,具有高传输速率、高可靠性、低时延的优势,随着5G标准的不断演进,对于5G的研究成为当下信息通信领域的热门趋势。小区搜索与下行同步是5G终端开... 详细信息

第五代移动通信(The 5th Generation Mobile Communication,5G)作为最新一代移动通信技术,具有高传输速率、高可靠性、低时延的优势,随着5G标准的不断演进,对于5G的研究成为当下信息通信领域的热门趋势。小区搜索与下行同步是5G终端开机后的首要步骤,也是决定无线通信系统性能的关键环节,物理广播信道(Physical Broadcast Channel,PBCH)主要承载主信息块(Master Information Block,MIB),其准确接收是终端成功接入网络的保证。因此对5G小区搜索与下行同步以及PBCH接收进行研究具有重要意义。本文从5G新空口(New Radio,NR)物理层芯片研发的实际应用背景出发,围绕着5G-NR小区搜索与下行同步以及PBCH接收的问题展开算法研究,并基于数字信号处理(Digital Signal Processing,DSP)平台完成了矢量并行加速方案的定点化实现。首先,本文研究了正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)系统及时偏和频偏对OFDM系统的影响,并基于通信协议标准介绍了5G-NR的无线帧结构配置、时频域资源,研究了主同步信号(Primary Synchronization Signal,PSS)、辅同步信号(Second Synchronization Signal,SSS)、解调参考信号(Demodulation Reference Signals,DMRS)的生成和时频域资源映射,以及PBCH负载的生成和SS/PBCH结构及其在时频域上的资源映射。其次,本文搭建了5G-NR小区搜索与下行同步以及PBCH接收的仿真链路平台,仿真研究了各类算法,包含粗定时同步算法、频偏估计与补偿算法、细定时同步算法、SSS检测算法、DMRS盲检测算法、信道估计算法、信道均衡算法以及正交相移键控(Quadrature Phase Shift Keying,QPSK)软解调算法,并分析了各类算法的性能。并在加性高斯白噪声(Additive White Gaussian Noise,AWGN)信道和抽头延迟线(Tapped Delay Line,TDL)信道下,在不同的信噪比条件下,分别对比分析了两种不同的粗定时同步算法、三种不同的频偏估计算法、两种不同的信道估计算法的性能和计算复杂度,为后续的矢量并行加速方案的DSP实现提供了参考。最后,本文以仿真链路平台的算法和流程为基础,基于DSP CEVA-XC4500处理器平台,设计了5G-NR小区搜索与下行同步以及PBCH接收的矢量并行加速方案。针对流程中的各模块,利用Vec-C指令的并行性对各模块实现了定点处理,在CEVA-Tool Box软件开发环境中完成了代码编码和功能验证,同时进行了复杂度优化。结果表明,本文设计的矢量并行加速方案检测结果与预期结果一致,并提升了处理效率,验证了该方案的可行性与合理性,满足应用需求。

关键词：第五代移动通信新无线空口矢量处理器小区搜索下行同步物理广播信道接收

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