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第五代移动通信系统5G标准化展望与关键技术研究

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中文科技期刊数据库（引文版）工程技术 2021年第9期 141-141,143页

作者：张晖中国电信股份有限公司天津分公司天津300385

近些年来,我国在经济方面、科学技术方面都取得了巨大的突破,以及良好的成绩。可以说近些年来的科技发展,帮助我国在各个领域都实现了对西方列强在技术所设置壁垒的有效突破。尤其是在5G技术的发展方面,更是令西方列强所胆寒,5G技术的... 详细信息

近些年来,我国在经济方面、科学技术方面都取得了巨大的突破,以及良好的成绩。可以说近些年来的科技发展,帮助我国在各个领域都实现了对西方列强在技术所设置壁垒的有效突破。尤其是在5G技术的发展方面,更是令西方列强所胆寒,5G技术的出现替代了传统的4G技术,实现了数据传输速率的快速提升。而本文则是在此方面对于5G技术标注化的发展情况进行了展望,同时对于5G相关的关键技术展开了分析和探究。

关键词：第五代移动通信系统 5G标准化展望关键技术

浅谈第五代移动通信系统5G标准化展望与关键技术

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信息通信 2017年第12期30卷 242-243页

作者：蔡宏伟陈旺龙滕志康辽宁科技学院电气与信息工程学院辽宁本溪117004

科学技术的发展对社会的发展具有巨大的推动作用,移动通信系统的应用改变了人们的生活方式。随着人们需求的增加,4G技术已经无法满足人们的需求,因此当前越来越重视5G技术的研究,5G技术会逐渐代替4G技术。所以本文主要是对第五代移动通... 详细信息

科学技术的发展对社会的发展具有巨大的推动作用,移动通信系统的应用改变了人们的生活方式。随着人们需求的增加,4G技术已经无法满足人们的需求,因此当前越来越重视5G技术的研究,5G技术会逐渐代替4G技术。所以本文主要是对第五代移动通信系统5G技术的标准化展望和关键技术进行了具体的研究与分析。

关键词：第五代移动通信系统 5G标准化展望关键技术

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基于超图着色的D2D网络资源分配算法

计算机工程与设计 2022年第9期43卷 2470-2476页

作者：陈雨洁马彩虹武警工程大学信息工程学院陕西西安710086

针对多小区场景下D2D (device to device)用户的SCMA (sparse code multiple access)码本分配问题,提出一种基于超图着色的资源分配算法。由于传统超图着色算法计算量大、算法复杂度高,提出为D2D用户建立蜂窝复用备选集,通过限制需要考... 详细信息

针对多小区场景下D2D (device to device)用户的SCMA (sparse code multiple access)码本分配问题,提出一种基于超图着色的资源分配算法。由于传统超图着色算法计算量大、算法复杂度高,提出为D2D用户建立蜂窝复用备选集,通过限制需要考虑的干扰源数量,在降低算法复杂度的同时控制了D2D用户所受干扰。仿真结果表明,所提算法能有效提升系统容量,降低算法复杂度。

关键词：第五代移动通信系统稀疏码多址接入终端直连通信资源分配图论

F-OFDM系统中的自适应滤波与峰均比抑制技术研究

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F-OFDM系统中的自适应滤波与峰均比抑制技术研究

作者：朱泽林重庆邮电大学

学位级别：硕士

随着第五代移动通信(Fifth Generation Mobile Communication,5G)的发展,大量的业务场景和服务类型不断涌现,这对空口波形的设计带来了更加严峻的性能挑战。而滤波正交频分复用(Filtered-Orthogonal Frequency Division Multiplexing,F-OFDM)作为5G最具潜力的候选波形技术,具有高灵活性、高频谱效率、优良扩展性等优点。然而,F-OFDM面临着子带滤波器设计“一刀切”、高峰均比的问题,这会对FOFDM的性能发挥产生巨大的影响。因此,本文从子带滤波器设计以及峰均比抑制这两个方面进行深入研究,主要内容如下:1.提出一种面向多类业务传输的子带滤波器设计方案。在本方案中,首先针对子带信号的独立传输和准确解耦提出了一种有效的子载波映射方法,在此基础上设计了滤波器系数;然后分析不同窗函数的性能,并分别根据5G三大业务场景特点和时频资源划分制定了不同的窗函数选择策略;最后通过MATLAB生成三个相应的子带滤波器。仿真结果表明,采用本文所提滤波器设计方案的F-OFDM系统相比于传统的F-OFDM系统的带外泄露分别下降了100d B、40d B和120d B。2.提出一种面向单输入单输出F-OFDM系统的峰均比抑制方案。在本方案中,首先通过选择性映射算法对分离的三子带信号进行相位旋转,来线性降低信号出现高峰值的概率;然后利用之前设计好的三子带滤波器对叠加的复合信号进行多次限幅滤波处理,截取掉剩余的高峰值部分,从而降低系统的全局峰均比。仿真结果表明,本方案和现有的峰均比抑制方案相比,性能最高提升了3d B。3.提出一种面向多输入多输出F-OFDM系统的峰均比抑制方案。在本方案中,首先提出一种基于深度神经网络的改进预留子载波算法,通过将时域核和梯度下降法相结合来迭代更新峰值取消信号,并用深度神经网络来代替该迭代过程,以更有效的方式降低系统峰均比。仿真结果表明,本方案和现有的峰均比抑制方案相比,性能最高提升了6d B。为进一步降低系统的误码率,将堆栈自编码器引入到本传输系统中,在发射端和接收端对数据信号进行星座编码和解码,利用网络训练最小化解码误差。仿真结果表明,系统误码率性能明显提升。

关键词：第五代移动通信系统滤波正交频分复用子带滤波器峰均比抑制

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... 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1-2dB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：第五代移动通信系统随机接入信道前导信号检测矢量处理器并行计算

面向5G协议的网络编码传输方案设计及Ns3仿真实现

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面向5G协议的网络编码传输方案设计及Ns3仿真实现

作者：朱晨晨西安电子科技大学

学位级别：硕士

随着移动通信系统的发展,第五代移动通信系统的超高速率的要求使得毫米波频段逐渐进入人们的视野。虽然毫米波频段有大量可用带宽,但是毫米波的波长短,在传输中衰减较为明显,绕射能力差并且路径损耗也很严重。这些高频固有的缺陷导致需... 详细信息

随着移动通信系统的发展,第五代移动通信系统的超高速率的要求使得毫米波频段逐渐进入人们的视野。虽然毫米波频段有大量可用带宽,但是毫米波的波长短,在传输中衰减较为明显,绕射能力差并且路径损耗也很严重。这些高频固有的缺陷导致需要有很密集的基站部署,按照原有的4G光纤回传方案是不太现实的,因为这会导致通信的成本骤增。于是3GPP在原有LTE中继的基础上,提出综合接入回传的概念,使用无线回程的方案。在网络拥塞的情况下,无线回程部署的配置具有提高整体网络吞吐量以及减少通信延迟的潜力,但同时无线回传也对传输的可靠性和时延提出了极大的挑战,无线信道的不确定性成为急需解决的问题。在二十世纪末,信息理论框架、拟阵与信息论等理论研究取得的进展促进了分布式编码、信息不等式等理论研宄的发展。由此,催生了“网络编码”这个新的研究领域。网络编码最主要的特点是突破了传统数据传输中存储转发的固定模式,使得节点具有对数据进行处理的能力。一方面通过在中间节点进行网络编码可以提高网络的容量,另一方面在源节点进行网络编码可以使数据具有等同性,进而通过增加前项冗余来减少重传,降低网络整体的时延。网络编码凭借其独特的优势为无线回传提供了新的解决方案。本文通过研究网络编码在现有5G接入网传输协议中的应用问题,验证了在接入网数据传输中引入网络编码带来的增益。并针对时下热门的H.264SVC视频传输场景,给出了基于网络编码的不等差错保护方案,展示了网络编码的巨大潜力。本文的主要贡献如下:(1)考虑现有5G接入网协议体系,设计耦合网络编码层的新协议栈。本文提出了一种网络编码层的设计方案,在信源处对原始数据包进行网络编码,通过增加编码冗余数据包来保证传输的可靠性,并且减少重传,进而对传输时延也有一定的增益。之后对各层丢包率进行调研,选择网络编码增益效果最明显的链路层作为网络编码的耦合位置。给出了报头的设计方案,并尽可能小地减少开销。同时,针对网络编码传输方案,设计了一种网络编码的重传机制,在保证译码成功率的情况下进一步减少重传。并且在ns-3平台上对传输方案进行了系统仿真,对比采用网络编码的协议栈和传统协议栈的传输性能,仿真结果表明网络编码方案对接入网数据传输有明显的增益。(2)针对H.264 SVC视频传输,本文提出了一种基于网络编码的不等差错保护方案。在不破坏视频帧结构的情况下,对编码矩阵的特殊化构造,通过优化基础层数据包和增强层数据包在度分布中的占比,使得基础层的度分布占比优于增强层,进而实现对基础层重要数据的保护。基于这种不等差错保护思想提出了RLNC-UEP、稀疏型RLNC-UEP以及系统型RLNC-UEP几种不等差错保护方案。从理论上对方案性能进行分析,给出了不等差错保护方案性能的上下界。并对提出的几种方案与EEP方案进行仿真对比,验证了网络编码UEP方案的在传输分层数据时性能的优势。

关键词：网络编码第五代移动通信系统综合接入回传可伸缩视频编码

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... 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、30kHz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：第五代移动通信系统无线空口信道估计符号定时同步矢量处理器

基于5G编码技术的OFDM-RoF系统传输特性研究

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基于5G编码技术的OFDM-RoF系统传输特性研究

作者：李鸿志大连海事大学

学位级别：硕士

随着通信技术的快速发展,大数据、物联网和云计算等应用的出现,移动用户对高速率、大容量的通信需求日益增强。5G通信系统提出使用更高频段的载波资源以提升系统的传输速率。面对高频载波在无线信道中传输距离受限、基站蜂窝结构密集等... 详细信息

随着通信技术的快速发展,大数据、物联网和云计算等应用的出现,移动用户对高速率、大容量的通信需求日益增强。5G通信系统提出使用更高频段的载波资源以提升系统的传输速率。面对高频载波在无线信道中传输距离受限、基站蜂窝结构密集等问题,光载无线通信(Radio-over-Fiber,RoF)技术以其大带宽、低损耗以及抗干扰能力强等优势,成为实现5G高频信号长距离可靠前传及低成本密集覆盖的有效技术手段。由于光纤链路中的色散和衰减效应会影响射频信号的传输可靠性,开展5G系统中不同编码方案的正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)信号在RoF系统中传输特性的研究,对未来5G高频段系统的快速、低成本部署具有重要应用价值。本文具体的研究内容如下:首先,介绍了RoF系统中常用的三种光生毫米波方法,并重点分析了基于马赫-曾德尔调制器的外调制器法的原理,仿真实现了三种不同的边带调制方式。基于Matlab和Optisystem的联合仿真,建立了传统OFDM-RoF传输系统,分别分析了光纤色散、传输速率、快速傅里叶变换点数及不同接收光功率对OFDM-RoF系统传输特性的影响。然后,针对低密度奇偶校验码(Low Density Parity Check Code,LDPC),提出了一种基于LDPC的概率整形OFDM-RoF系统模型。基于Matlab和Optisystem构建的联合仿真系统,对该系统的传输性能进行分析。在相同接收误码率情况下,概率整形OFDM信号较传统OFDM信号传输功率门限提高约1.10d Bm,峰值平均功率比降低约0.6d B。在基带数据速率为2.5Gbps,射频载波频率为25GHz的情况下,对不同光纤长度下的传输误码率进行测试,结果表明本文所提出的基于LDPC的概率整形OFDM-RoF系统可以有效改善接收机的灵敏度,并增加系统的可靠传输距离。最后,针对极化(Polar)码,对OFDM-RoF系统传输特性的优化进行了研究。仿真研究了Polar-稀疏码分多址(Sparse Code Multiple Access,SCMA)信号在OFDM-RoF系统中的传输特性。结果表明,在长距离RoF系统中传输时,Polar码的码长越长,其传输性能越好。并基于构建的Polar-SCMA RoF联合仿真系统,对比分析了相同参数条件下,SCMA和概率整形两种调制方式下,Polar码和LDPC编码的传输性能。最后,对基于Polar-SCMA信号的RoF系统在不同光纤长度下的传输误码率进行仿真分析,结果表明Polar-SCMA信号可进一步提升OFDM-RoF系统传输性能。

关键词：光载无线通信第五代移动通信系统低密度校验码极化码正交频分复用

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