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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

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

基于矢量处理器的5G-NR下行控制信道技术实现

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基于矢量处理器的5G-NR下行控制信道技术实现

作者：陈明扬东南大学

学位级别：硕士

第5代移动通信系统(5th Generation Mobile Connunication System,5G)作为当今全球社会最普遍接受的新型移动通讯标准,在商业上早已获得了实现与广泛应用,相比于传统4G网络它极大的丰富了网络服务内容,让云端服务、虚拟现实等高新技术... 详细信息

第5代移动通信系统(5th Generation Mobile Connunication System,5G)作为当今全球社会最普遍接受的新型移动通讯标准,在商业上早已获得了实现与广泛应用,相比于传统4G网络它极大的丰富了网络服务内容,让云端服务、虚拟现实等高新技术的运用也变成了可能,但相应的,其网络结构也更加复杂,要处理的数据流也更加丰富,因此如何实现网络系统的高效和平稳成为了一大挑战。在5Gt通信系统中,物理层负责信息的发送与接收,其中负责承载下行控制信息(Downlink Control Information,DCI)信息的物理下行控制信道(Physical Downlink Control Channel,PDCCH)起着资源调度的作用,是整个5G通信系统能够正常运行的重要保障。本文第一部分介绍了论文的研究背景,对物理层下行控制信道的重要作用作了简要概述,详细探索了物理层下行控制信道的研究现状,并且对论文的章节安排进行介绍。本文第二部分研究了5G通信系统中物理层的整体架构,对5G标准下物理层的信道组成、帧结构以及时频资源结构进行了分析。介绍了与PDCCH信道相关的一些概念,如下行控制信息、控制资源集以及搜索空间等,为之后的研究提供了理论基础。本文第三部分研究了5G标准下PDCCH信道的发送流程,对发送流程中涉及到的技术如DCI格式校准、CRC添加、信道编码、速率匹配、加扰、信道调制以及资源映射等进行了分析,为之后PDCCH信道接收机的设计与实现作了铺垫。本文第四部分对PDCCH信道的接收流程展开深入研究。对接收过程中的信道估计和信道均衡算法进行仿真模拟,并对各种算法的特性进行解析,提出了将最小二乘算法和维纳插值算法相组合的方式作为信道估计模块的实现方案,并且将最小均方误差均衡算法作为信道均衡模块的实现方案,获得了算法复杂度与数据处理性能间的平衡。对PDCCH信道的盲检测算法进行了详细的解析,分析比较了多种盲检测算法的性能和效率,提出将穷举盲检测算法作为盲检测模块的实现方案,获得了最佳的检测成功率。本文第五部分介绍了本文的开发平台:CEVA-XC4500 DSP处理器。基于该矢量处理器,本文利用Vec-C指令集对PDCCH信道接收流程中的主要模块如解映射、信道估计、信道均衡、解扰以及解调等进行了设计与实现,构建了PDCCH信道的接收链路。对各个模块的功能进行仿真模拟测试,将结果与基于MATLAB平台的浮点仿真结果加以比较和检验,且对所有模块的运行时间进行解析。试验结果表明,在系统带宽为100Mz、子载波间隔为30KHz、接收天线数为2、聚合度等级为4时,该接收机的性能与浮点仿真差距极小,且总耗时为0.2402ms,小于单个时隙持续时间,符合设计要求。

关键词：第5代移动通信系统物理层下行控制信道矢量处理器盲检测信道估计信道均衡

基于矢量处理器的5G-NR随机接入信道的实现

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基于矢量处理器的5G-NR随机接入信道的实现

作者：桑野东南大学

学位级别：硕士

近些年来第五代移动通信系统以其优越的特性已经被应用于各行各业的商用系统中。随机接入过程作为5G中必不可少的一环,是用户与网络建立起基本的连接所需要的过程,因此准确地解析物理随机接入信道,实现上行同步,是后续通信过程的基础。... 详细信息

近些年来第五代移动通信系统以其优越的特性已经被应用于各行各业的商用系统中。随机接入过程作为5G中必不可少的一环,是用户与网络建立起基本的连接所需要的过程,因此准确地解析物理随机接入信道,实现上行同步,是后续通信过程的基础。如何既能准确的对前导信号进行检测,又能满足低时延需求针对硬件计算平台特性设计加速算法是一个关键问题。因此本文主要对基于矢量处理器的5G NR物理随机接入信道实现进行了研究。主要工作如下:首先本文研究了5G系统的随机接入过程,并结合3GPP协议对随机接入物理层的相关规定,深入分析了PRACH发送和接收的关键技术。接着本文针对PRACH发送和接收流程进行了仿真。其中针对发送端前导序列的生成,本文结合研究使用了频域前导序列的生成算法,相比传统的时域生成并使用DFT运算,降低了时间复杂度;在接收端相关算法的选取上,本文通过算法推导与对比,在时域相关算法和频域相关算法中最终选择了频域相关运算;针对峰值检测,本文给出了一种改进的多门限判决的峰值检测算法。仿真结果表明针对AWGN和TDLC300-100信道以及长短前导序列格式,该算法要优于传统的峰值检测算法,性能有1-2d B的提升,且满足协议要求,具有工程实现价值。最后结合改进的峰值检测算法,本文对PRACH发送和接收整体流程在CEVA-XC 4500 DSP平台上进行了矢量处理器实现。根据平台的矢量并行设计思路,对算法中的复数乘法,复数加法,数据移位以及数据比较等运算进行并行实现,实现的算法包括频域相关,时域滤波以及峰值检测等算法。本文对比了浮点仿真和矢量处理器定点化实现时的前导检测成功率。结果表明,矢量处理器实现方案可以满足协议规定的参数要求,且基于矢量处理器的并行实现可以有效缩短代码的运行时间。

关键词：随机接入上行同步前导信号检测矢量处理器并行计算

面向移动终端软基带算法并行实现的矢量处理器设计

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面向移动终端软基带算法并行实现的矢量处理器设计

作者：张建正中国科学技术大学

学位级别：硕士

当前以LTE/LTE Advanced为代表的第4代移动通信技术(4G)已开始进入商用阶段,LTE-Advanced作为LTE标准的演进除了提供更高的极限吞吐率外还需向前兼容已有的LTE标准,呈现出如下两个方面的特点：①基带处理算法的运算密度不断加大;②协议... 详细信息

当前以LTE/LTE Advanced为代表的第4代移动通信技术(4G)已开始进入商用阶段,LTE-Advanced作为LTE标准的演进除了提供更高的极限吞吐率外还需向前兼容已有的LTE标准,呈现出如下两个方面的特点：①基带处理算法的运算密度不断加大;②协议模式多种多样。这对于以功耗和面积为重要指标的终端基带处理芯片带来了更高的设计要求,须在考虑终端芯片的性能、功耗的同时还要兼顾灵活性和升级成本因素。因此,软件定义无线电的基带处理(软基带)技术因其具有灵活性高、升级成本低等优势,逐渐取代了传统ASIC设计思路成为移动终端芯片发展的趋势。本论文对采用正交频分复用(OFDM)和多发多收(MIMO)方案的通信系统的基带算法深入分析,核心算法包括FIR滤波、快速傅里叶变换(FFT)、信道估计、MIMO检测和信道译码等,结果显示这些算法在运算量大的同时还具有很好的并行性,这为实现以矢量处理器为主导的软基带处理技术提供了可行性。为此,本论文面向移动终端的基带处理,从算法和硬件实现两个方面综合分析设计并行实现方案,并设计了矢量处理器模型。论文的研究工作主要从算法分析、矢量处理器模型设计、实现验证三个方面展开：①算法分析：针对各基带核心算法的原理、运算量需求的特点,研究了各算法的并行实现方案,如：FIR、FFT、Viterbi译码、LDPC译码算法采用算法内部数据的并行,重点解决并行实现过程中的数据访问对齐问题;MIMO信道估计、检测算法主要从任务并行的角度出发,提出了一个一致性较好的软输出算法。②矢量处理器模型设计：分析了现有主流的通信基带处理器的结构特点,包括SODA (Signal-processing On-demand Architecture)、Ardbeg、AnySP和TI的C64系列等;在此基础上结合基带算法并行化的特点和需求,提出了一种单指令多数据(SIMD)和超长指令字(VLIW)混合结构的矢量处理器模型。模型首先分析了处理器的设计参数,包括支持的数据定点长度、SIMD宽度、各个功能单元的比例;其次深入研究了处理器的硬件结构,包括算数逻辑运算单元、乘法单元、存取单元、控制和标量单元、寄存器组等;最后给出了指令集的设计和C编译器设计的方法。③实现验证：本论文提出的矢量处理器采用LISA语言进行建模仿真,得到了时钟精确的处理器仿真模型及汇编工具链,同时为处理器设计了相应的C编译器。进而通过Processor Designer生成Verilog硬件描述语言,通过ISE综合后,在ML605开发板上做了硬件验证。以FFT、FIR算法为例,验证结果显示,论文所提出的矢量处理器实现方案相较TI的C64系列处理器性能有一定提升。

关键词：软基带矢量处理器算法并行单指令多数据超长指令字

基于矢量处理器的5G-NR共享信道的信道估计技术实现

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基于矢量处理器的5G-NR共享信道的信道估计技术实现

作者：罗鋆子东南大学

学位级别：硕士

随着移动通信技术的快速发展,第五代移动通信系统以其优越的特性已经被应用于各行各业的商用系统中。作为5G-NR物理层的关键技术载体之一,共享信道承载上下行业务数据,有高带宽和数据量大的特点,这些特性对信道估计的准确度与速度提出... 详细信息

随着移动通信技术的快速发展,第五代移动通信系统以其优越的特性已经被应用于各行各业的商用系统中。作为5G-NR物理层的关键技术载体之一,共享信道承载上下行业务数据,有高带宽和数据量大的特点,这些特性对信道估计的准确度与速度提出了更高的要求。因此本文主要对基于矢量处理器的5G-NR共享信道的信道估计技术进行了研究。主要工作如下:首先,本文介绍了论文的研究背景与现状,分析了信道估计的研究现状和硬件计算平台的发展现状。随后详细描述了5G-NR物理层共享信道,给出了其帧结构参数、资源配置、解调参考信号设计方案。根据系统设计思路对发送端和接收端的基本流程与结构、接收端的关键技术进行讨论。另外对无线衰落信道的基本特性进行简要介绍,针对信道时延拓展、多普勒频移等现象进行分析。其次,为提升信道估计性能,本文研究了基于信道功率时延分布(Power Delay Profile,PDP)和多普勒谱的信道估计插值系数生成方案,基于信道PDP推导了信道频域相关系数,基于多普勒谱推导了时域相关系数。此外,根据信道时域相关系数和多普勒谱的关系,研究了基于信道自相关函数的最大多普勒频偏粗估计算法。仿真结果表明,采用预设信道维纳滤波插值系数的方法会有部分性能损失,但算法复杂度较低;由当前信道PDP和多普勒谱实时生成维纳滤波插值系数的算法能够获得较好的信道估计性能,但算法复杂度较高。随后,为降低算法复杂度,本文提出了基于信道PDP的离散余弦变换(Discrete Cosine Transform,DCT)信道估计算法。首先研究了两种经典的变换域插值信道估计算法:离散傅里叶变换(Discrete Fourier Transform,DFT)插值算法和DCT插值算法,并分析了在变换域插值情况下如何在变换域降噪,提升变换域插值的性能。在此基础上,根据DCT的特性,对维纳滤波降噪向量进行化简。仿真结果表明相较于传统的DCT信道估计方案,提出的算法可以在低复杂度的情况下提升信道估计性能。最后,根据矢量处理器并行特性,对共享信道的信道估计算法进行并行优化和编程实现。实现方案包括最小二乘信道估计算法、频域DCT插值算法、时域维纳滤波插值算法。编程时采用C语言和并行指令,利用大位宽矢量特性并行加速,利用编译优化选项提高代码执行效率。随后给出了并行设计方案的实现性能,测试结果表明,基于矢量处理器的并行运算可以大幅度缩小代码的运行时间。

关键词：共享信道信道估计插值算法矢量处理器并行计算

MIMO检测算法的并行化及基于矢量处理器的实现

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MIMO检测算法的并行化及基于矢量处理器的实现

作者：范阿冬中国科学技术大学

学位级别：硕士

多输入多输出(MMO)技术作为移动通信系统的关键技术之一,极大地提高了数据传输速率,丰富了人们对移动业务的多样性需求。然而,随着天线数目的增长和调制阶数的增大,MIMO检测过程的复杂度呈指数级增长,逐渐成为制约接收端性能提升的瓶颈... 详细信息

多输入多输出(MMO)技术作为移动通信系统的关键技术之一,极大地提高了数据传输速率,丰富了人们对移动业务的多样性需求。然而,随着天线数目的增长和调制阶数的增大,MIMO检测过程的复杂度呈指数级增长,逐渐成为制约接收端性能提升的瓶颈。因此在保证高性能的前提下,研究低复杂度的并行化MIMO检测算法,对于接收端的整体性能提升有重要的理论意义。另一方面,无线通信的标准的演进不仅要求移动终端具有更强的数据处理能力,同时也对其灵活性、可配置和可重用的性能提出了更高的要求。专用指令集矢量处理器,既能够针对特定应用优化结构并设计特殊指令以提供较强的处理能力,又能够利用可编程和可定制及扩展指令集的特点提供模式切换和修复升级的灵活性,因此从算法与实现相结合的角度,研究MIMO检测算法在可编程矢量处理器上的实现,具有重要的工程应用价值。论文主要开展了MIMO检测算法的并行化以及基于专用指令集矢量处理器的实现两个方面的工作,具体内容包括：***检测算法并行化分析与设计提出一种新的MIMO检测算法——部分层间并行球形译码算法(PIPSD)。引入了一种新的MIMO复数检测模型到实数检测模型的转换方法,利用该实数模型经三角分解后上三角矩阵的特殊性质,使得等效搜索树每相邻两层可以并行执行,并采用局部排序和快速组合等方法进一步加速了检测过程。实验证明,PIPSD算法能够以很小的性能损失为代价,减少执行周期,提高译码吞吐率。2.基于矢量处理器的可编程并行MIMO检测器实现实现了一种高效的基于矢量处理器的可编程并行MIMO检测器。基于超长指令字(VLIW)和单指令多数据(SIMD)混合结构的矢量处理器原型,并结合PIPSD算法的特点,有机地融合了算法内在的数据并行性和指令并行性,通过合理安排处理器结构参数、设计专用指令集和功能单元、优化寄存器堆设计和VLIW分布等策略,实现了高效的基于矢量处理器的可编程并行MIMO检测器。

关键词：多输入多输出并行检测矢量处理器单指令多数据超长指令字

基于矢量处理器的5G-NR上行探测信道实现

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基于矢量处理器的5G-NR上行探测信道实现

作者：唐猛东南大学

学位级别：硕士

随着移动通信技术的发展,具有更高速率、更低时延以及更多用户的第五代移动通信技术(5th Generation Mobile Communication Technology,5G)出现在人们的生活中,推动着通信技术的进步。对上行链路的探测参考信号(Sounding Reference Sign... 详细信息

随着移动通信技术的发展,具有更高速率、更低时延以及更多用户的第五代移动通信技术(5th Generation Mobile Communication Technology,5G)出现在人们的生活中,推动着通信技术的进步。对上行链路的探测参考信号(Sounding Reference Signal,SRS)的研究是5G中必不可少的部分。本文以3GPP R15 5G-NR物理层协议为基础,对上行链路SRS的发射机和接收机进行设计和实现,论文的主要内容如下:首先,研究了5G-NR标准中上行探测参考信号的时频资源、发送配置和资源集。在此基础上,对上行链路SRS的发射机技术进行研究,主要包括高层参数的配置、SRS序列的生成、物理时频资源的映射以及基带信号的生成等过程。此外,依据上行链路SRS发射机的处理流程,对SRS发射机的浮点仿真平台进行搭建,证明了上行链路SRS发射机技术具有一定的可行性。然后,对上行链路SRS的信道估计技术进行研究。为了解决多用户分离的问题,使用了共轭分离法和DFT加窗分离法进行信道估计。在不考虑窗内噪声的情况下,对不同窗长下的DFT加窗分离法进行仿真,结果表明窗长L为M/8的未窗内去噪DFT加窗分离法性能最优。为了降低噪声对信道估计性能的影响,设置噪声阈值对共轭分离法和DFT加窗分离法进行去噪,噪声阈值受到时域上功率最大的δ个时域点的影响,经过仿真,δ为25的去噪共轭分离法和δ为25、窗长L为M/4的窗内去噪的DFT加窗分离法性能较好。同时,将去噪前后的算法进行对比,结果表明窗长L为M/8的未窗内去噪DFT加窗分离法的性能最优。接着,对线性插值和维纳滤波插值的性能进行对比,仿真结果表明,维纳滤波插值的性能优于线性插值的性能,并且窗长为M/8的未窗内去噪DFT加窗分离法经过维纳滤波插值后的性能最优。在此基础上,比较了空闲子载波法、最小均方误差法和能量集中区域法三种噪声估计算法下的信噪比估计性能,仿真结果表明空闲子载波噪声估计法的信噪比估计性能最优,并提出了信道估计的实现方案为窗长为M/8的未窗内去噪DFT加窗分离法、维纳滤波插值和空闲子载波的噪声估计法。最后,基于上行链路SRS的发射机和接收机的处理流程,在CEVA XC4500 DSP矢量处理器上对SRS收发机进行设计和实现。依托所提出的信道估计的实现方案,对SRS信道估计模块的DSP定点化实现进行并行性分析和研究,并着重对信道估计模块进行优化。同时,从内存占用和运行时间两个方面对SRS收发机的DSP定点化实现进行性能分析。此外,对多用户分离、维纳滤波插值以及信噪比估计的浮点仿真和CEVA XC4500定点仿真的性能进行对比,验证了信道估计方案在DSP平台上的可行性。

关键词：探测参考信号多用户分离信道估计信噪比估计矢量处理器

面向移动通信基带算法的VLIW矢量处理器的设计

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面向移动通信基带算法的VLIW矢量处理器的设计

作者：王晓东电子科技大学

学位级别：硕士

近年来,移动通信技术的发展日新月异,各种高新通信技术为4G、5G通信时代的到来提供了强大的技术保障。然而,复杂高新技术在带来更优质的通信体验的同时,也给通信处理器带来了不容小觑的运算处理压力。此外,未来很长一段时间内,移动通信... 详细信息

近年来,移动通信技术的发展日新月异,各种高新通信技术为4G、5G通信时代的到来提供了强大的技术保障。然而,复杂高新技术在带来更优质的通信体验的同时,也给通信处理器带来了不容小觑的运算处理压力。此外,未来很长一段时间内,移动通信领域还将继续面临多种通信标准共存,多种运营模式共生的局面,而目前的通信处理器已很难在低功耗、高性能、编程灵活性三者之间寻求新的平衡。因此,针对上述的诸多问题,本文论证并设计了一款基于专用指令集的ASIP处理器,同时结合NoC片上网络单元搭建了面向第4代移动通信标准的CoMP基带通信系统。本文针对IMT-Advanced(即4G)基带通信技术中的高可并行性处理模块,如对CoMP预编码模块、信道估计均衡模块、FFT运算模块等,进行了深入的分析,针对上述基带处理算法的特点,设计了通过矢量处理实现数据级并行,通过VLIW技术实现指令级并行的具备双重并行特征的VLIW矢量处理器。在该处理器的硬件架构设计方面,本文采用了改进的哈佛结构;在其指令集设计方面,借鉴MIPS经典RISC指令设计了5级流水深度的基础指令集,同时结合具体的算法特征,设计了若干专用指令对基带算法的实现进行了加速。此外,考虑到项目中VLIW矢量处理器的具体应用场景为基于NoC片上网络扩展的通信系统,本文亦设计了若干专用的协处理器单元来完成相应的对外扩展任务,并根据实际需求设计了不同的互联方案,既充分利用了各个处理器单元间的独立并发特性又满足了系统的整体时序要求。文章最后利用本文所设计的VLIW矢量处理器及其协处理器搭建了基站端系统并进行了综合验证与测试。除了借助EDA工具完成了基站端系统的RTL级建模与仿真外,本文亦借助Xilinx Kintex7系列MIIT小型基站平台搭建了实际的CoMP基带通信演示链路,通过该演示链路的实验结果也验证了项目中采用的本文所设计的VLIW矢量处理器及其协处理器能够出色地完成移动通信基带信号处理的任务,且充分显示出了VLIW矢量处理器的运算速度快、数据吞吐率高、处理效果优良的三大特点。

关键词：矢量处理器 VLIW 专用指令集移动通信基带算法 CoMP通信

基于矢量处理器的5G-NR解调参考信号的信道估计技术研究

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基于矢量处理器的5G-NR解调参考信号的信道估计技术研究

作者：陈豪东南大学

学位级别：硕士

随着人们对大容量、低延时、高可靠、高速度、高连接数、高能效通信的需求增加,新一代移动通信系统5G应运而生,信道估计是无线通信系统的物理层中极为重要的一个环节,信道估计对无线通信系统的性能有着十分关键的影响。为了满足5G通信... 详细信息

随着人们对大容量、低延时、高可靠、高速度、高连接数、高能效通信的需求增加,新一代移动通信系统5G应运而生,信道估计是无线通信系统的物理层中极为重要的一个环节,信道估计对无线通信系统的性能有着十分关键的影响。为了满足5G通信系统超低时延的要求,在矢量处理器中优化基带信号处理的实时性是当前研究的热门趋势。论文站在5G通信基站的角度,对物理层上行共享信道接收机中信道估计模块进行了详细的研究,并设计出一套基于DSP CEVA-XC4500矢量处理器平台的5G-NR PUSCH信道估计实现方案。本文第一部分介绍了论文的研究背景,对基站芯片的设计进行了简要的概述并介绍了DSP矢量处理器的结构特点和优势,详细探究了信道估计的研究现状,并对本文的行文结构进行安排。本文第二部分研究了无线移动通信的信号传播特性和无线通信信道模型,介绍了5G通信系统中使用到的OFDM技术和MIMO技术,搭建了单天线OFDM系统模型并结合3GPP协议R15版本依次研究了5G的帧结构、时频域资源以及传输时间间隔,为后文的研究提供了理论基础。本文第三部分研究5G-NR中PUSCH信道基于DMRS的信道估计算法,介绍了5G标准协议中PUSCH信道DMRS的生成及时频域资源映射,介绍了DMRS位置的几种信道估计算法和根据DMRS位置的信道频率响应值进行插值滤波得到非DMRS位置的信道频率响应值的几种算法,研究了OFDM符号符号定时偏差及其对插值结果的影响,在MATLAB仿真平台上搭建了一条5G PUSCH信道链路并通过此链路对前述提到的各算法进行性能及复杂度的对比。本文第四部分介绍了CEVA-XC4500这一款DSP矢量处理器平台,对基于该平台的工程开发流程进行了描述,并对平台中的数据定点化处理进行了简介,根据第三部分中各算法的对比结果选择一套性能优异且与矢量处理器特性契合的算法组合。基于矢量处理器的硬件结构,利用Vec-C指令集对信道估计模块内部各子模块算法进行设计。通过对算法的拆解细分,改变算法的内部指令执行顺序,充分利用矢量处理器的并行性,并对模块进行优化,最大化调用矢量处理器中的硬件资源。最终设计出一套基于该平台的5G-NR PUSCH信道估计实现方案。在与浮点仿真相比性能不变的情况下,极大地降低了运行时间。根据实验结果表明,在系统配置为25MHz带宽、30k Hz子载波间隔、2×2收发天线时,运行总CYCLE数为180669个,共耗时0.1390ms,符合实验要求。

关键词：第五代移动通信新无线空口信道估计符号定时同步矢量处理器