LTE PSS/ SSS訊號偵測設計與實現

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楊雅茹(YA-RU YANG) 查詢紙本館藏

畢業系所

通訊工程學系在職專班

論文名稱

LTE PSS/ SSS訊號偵測設計與實現
(Design and Implementation of Primary Synchronization Signal/ Secondary Synchronization Signal in Long Term Evolution)

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摘要(中)

無線通訊技術蓬勃發展，各世代的研究都是成就更新的通訊的基礎，其中第四代行動通訊(Long Term Evolution，LTE) 在近期通訊技術中，佔有十分重要的地位及使用度。
LTE 基地台内的時間同步，主要是依賴基地台每隔5ms所廣播的兩個同步訊號，分別為主同步訊號(PSS)及副同步訊號(SSS)，用戶設備必須藉由偵測此同步訊號來完成細胞搜索的程序，以幫助用戶設備進行同步及辨識基地台。
本文主要探討在頻域與時域細胞搜索的性能差異及不同環境及訊號降取對細胞搜索偵測率的影響。使用有限脈衝響應(FIR)濾波器架構，實現頻分雙工(FDD)長期演進系統的細胞搜索偵測器，解析的訊號包含了不同程度的加成性高斯白雜訊(AWGN)、頻率偏差(CFO)及通道失真(Multipath channel)。
為了能快速建立硬體設計，我們先使用MATLAB軟體進行環境參數之模擬，再使用 Xilinx 實現電路設計，最後進行軟體及硬體相互驗證，以達到硬體實現的目標。

摘要(英)

The wireless communication technology is developing vigorously, and the research of each generation is the basis for the achievement of a new generation of communication. Among them, the fourth-generation mobile communication (Long Term Evolution, LTE) occupies a very important position and usage in the recent communication technology.
LTE’s time synchronization base on station will through two synchronization signals in broadcast channel, every 5ms, namely the primary synchronization signal (PSS) and the secondary synchronization signal (SSS). User equipment detecting the synchronization signal, by the cell search procedure to help the user equipment to synchronize and identify the base station.
This paper mainly discusses the cell search’s difference between frequency and time domain and the effects of different environments and signal degradation on the detection rate of cell search. Using the Finite Impulse Response (FIR) filter architecture to realize the cell search detector of the frequency division duplex (FDD) long-term evolution system, the analyzed signal includes additive white Gaussian noise (AWGN) in different degrees, frequency deviation (CFO) and channel distortion (Multipath channel).
In order to quickly establish the hardware design, first we use the MATLAB software to simulate the environmental variables, then use the Xilinx software to realize the circuit design, and finally perform mutual verification of the software and hardware to achieve the purpose of hardware implementation.

關鍵字(中)

★ 正交分頻多工調變技術
★ 長期演進技術
★ FIR濾波器
★ 細胞搜索
★ 主同步訊號
★ 副同步訊號
★ 白高斯雜訊
★ 頻率偏差
★ 通道失真

關鍵字(英)

★ OFDM
★ LTE
★ FIR Filter
★ Cell Search
★ PSS
★ SSS
★ AWGN
★ CFO
★ Multipath

論文目次

目錄
中文摘要 vi
ABSTRACT vii
誌謝 viii
第一章緒論 1
第二章正交分頻多工調變技術與通訊處理 2
2-1 正交分頻多工調變技術簡介 2
2-2 正交分頻多工調變原理 3
2-3 正交分頻多工調變數學模型 4
2-4 保護間隔(Guard Interval，GI) 與循環字首(Cyclic Prefix, CP) 7
第三章 LTE長期演進技術規格介紹 9
3-1 下行鏈路幀結構(Frame Structure) 9
3-1-1 頻分雙工(FDD)幀結構 10
3-1-2 時分雙工(TDD)幀結構 11
3-1-3 資源網格(Resource Grid) 12
3-2 實體層細胞識別 13
3-3 同步訊號 14
3-3-1 主同步訊號 (Primary Synchronization Signal，PSS) 16
3-3-2 副同步訊號(Secondary Synchronization Signal, SSS) 19
第四章偵測主同步訊號與副同步訊號之演算法與性能評估 23
4-1 接收端訊號之產生 23
4-2 在時域中檢測主同步訊號之程序 25
4-3 在時域中檢測SSS訊號之程序 26
4-4 在頻域中檢測主同步訊號之程序 27
4-5在頻域中檢測副同步訊號之程序 29
4-6 PSS與SSS訊號偵測正確之判定規則 29
4-7 頻域與時域同步訊號偵測結果之差異 30
第五章降低取樣率主同步訊號與副同步訊號偵測器設計與實現 36
5-1 數字資料表示法 36
5-2加成性高斯白雜訊(Additive white Gaussian noise，AWGN) 37
5-3 頻率偏差(CFO) 39
5-4 通道失真(Multipath channel) 39
5-5多速率數位訊號處理(Multirate Digital Signal Process) 40
5-6 FIR降取濾波器設計與模擬 40
5-7 MATLAB環境模擬偵測率比較 45
5-7-1 浮點數訊號處理之PSS訊號偵測器模擬 45
5-7-2 定點數訊號處理之PSS偵測器模擬 49
5-7-3 定點數訊號處理簡化絕對值做法之PSS偵測器模擬 59
5-7-4 浮點數訊號處理之SSS訊號偵測器模擬 66
5-8 硬體實現之結果 70
5-8-1 降取濾波器 71
5-8-2 匹配濾波器 73
5-8-3 MATLAB模擬與Xilinx硬體實現資料比較 75
第六章結論 82
參考文獻 83

參考文獻

[1] R. W. Chang, "Synthesis of band-limited orthogonal signals for multichannel data transmission," The Bell Sys. Tech. J., vol. 45, pp.1775-1796, Dec. 1966.
[2] S. Weinstein, P. Ebert, "Data Transmission by Frequency-Division Multiplexing Using the Discrete Fourier Transform" IEEE Transactions on Communication Technology Volume: 19, Issue: 5, October 1971.
[3] 3GPP TS 36.211 V10.4.0: "Physical Channels and Modulation", December 2011.
[4] 3GPP Technical Specification 36.211version 14.3.0 Release 14, “Evolved univer- sal terrestrial radio access (e-utra); physical channels and modulation,”
[5] Q. Wang, C. Mehlfuhrer, and M. Rupp, Carrier frequency synchronization in the downlink of 3gpp lte," in 21st Annual IEEE International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications, pp. 939.944, IEEE, 2010.
[6] 3GPP TS 36.116 V11.4.0: "Multipath propagation fading conditions for access
link", April 2015.
[7] 陳偉恩, “LTE系統初始細胞搜尋程序之研究”, 國立交通大學, 碩士論文, Jan. 2013
[8] 陳虹如, “以軟體定義無線電設計與實現可參數控制 TDD OFDM收發機”, 國立中央大學, 碩士論文, Jun 2021

指導教授

陳逸民(Yih-Min Chen)

審核日期

2022-9-5

推文