第五代移动通信系统(5th Generation Mobile Communication System,5G)作为当代移动通信标准,在商业上已经得到了大规模的应用。考虑到5G应用的垂直行业千差万别,需要针对应用的特殊场景进行定制化设计。CEVA-XC4500是一款低功耗的数字...
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第五代移动通信系统(5th Generation Mobile Communication System,5G)作为当代移动通信标准,在商业上已经得到了大规模的应用。考虑到5G应用的垂直行业千差万别,需要针对应用的特殊场景进行定制化设计。CEVA-XC4500是一款低功耗的数字信号处理器(Digital Signal Processor,DSP),其支持C语言高级编程,可以进行终端和基站的定制化软件实现以适应不同场景的应用。本文的算法研究和实现均基于该DSP,以构建通用的5G控制信道处理为目标,为实现定制化的5G应用奠定基础。本文针对定制化5G系统中通用的物理层控制信道处理效率较低的问题,研究了物理下行控制信道(Physical Downlink Control Channel,PDCCH)和物理上行控制信道(Physical Uplink Control Channel,PUCCH)的接收机中各模块的原理和算法,对接收机中的算法进行了改进,在此基础上设计了完整的接收机,对接收机的性能进行了仿真,完成了基于DSP的控制信道接收机的实现。
针对当前系统中UE(User Equipment)处理PDCCH效率较低的问题,设计了基于功率盲检测的PDCCH接收机,仿真表明该接收机能够快速完成对PDCCH的检测,提高了接收机检测下行控制信息(Downlink Control Information,DCI)的效率。对于信道估计模块,设计了最小均方(Least Square,LS)估计与维纳滤波插值结合的算法,减少了信道估计的均方误差,同时计算复杂度并没有明显增加。对于盲检测模块,针对传统盲检测算法检测次数过多的问题,提出了基于功率的盲检测算法,仿真结果表明,该算法减少了接收机进行检测的次数且漏检率几乎保持不变。
针对当前系统中PUCCH上行接收处理效率较低的问题,设计了PUCCH的5种格式的接收机,并提出了新型PUCCH分布式接收机的设计方法,提升了PUCCH接收机检测上行控制信息的效率,降低了计算复杂度,仿真结果说明各格式的接收机误块率达到了系统要求。针对PUCCH格式0,设计的相关值检测算法能有效检测出UCI(Uplink Control Channel)。针对PUCCH格式1,提出的等增益合并后再进行共轭相乘的信号检测算法,降低了计算复杂度且在低信噪比下也有良好的性能。针对长度为3～11的译码,提出的基于快速哈达玛变换的Reed-Muller译码算法,降低了译码的误码率且减少了系统资源占用。针对PUCCH格式3/4中解转换预编码,提出了基于Good-Thomas算法的解转换预编码算法,减少了约60%的乘法运算。针对无蜂窝大规模MIMO架构下的PUCCH接收机,利用分布式系统的分集合并的原理,提出了PUCCH的分布式接收机,提高了接收机的检测性能。
针对当前系统浮点实现耗时较多的问题,利用高性能DSP处理器的单指令多数据(Single Instruction Multiple Data,SIMD)指令,设计了PDCCH和PUCCH接收机在DSP平台上的定点化实现方案,减少了接收机处理数据的耗时,实验数据表明,该方案解决了当前系统对处理时延较长的问题且定点精度符合要求。对于PDCCH接收机,设计了信道估计、信道均衡、解调、解扰、解交织和盲检测模块的定点实现方案,实验数据表明,该方案能在0.32ms内完成对PDCCH的处理,解决了PDCCH浮点实现耗时多的问题。对于PUCCH接收机,设计了相关值检测、Reed-Muller译码和解转换预编码模块的定点实现方案,实验数据表明,该方案能在0.22ms内完成单个格式PUCCH的处理,解决了PUCCH接收机处理时延过长的问题。
随着移动通信数据流量的巨幅增长,现有的第四代移动通信系统的频带已经不能满足人们的需求。第五代移动通信系统(The Fifth Generation Mobile Communication System,5G)应运而生。为了完善现有的5G基站部署体系架构并对商用5G之后未来...
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随着移动通信数据流量的巨幅增长,现有的第四代移动通信系统的频带已经不能满足人们的需求。第五代移动通信系统(The Fifth Generation Mobile Communication System,5G)应运而生。为了完善现有的5G基站部署体系架构并对商用5G之后未来后5G(Beyond 5G,B5G)移动通信系统进行高效的网络规划,本文引入抛物方程(Parabolic Equation,PE)方法分析电波信号在未来移动通信下的传播特性,对其在典型环境下的传播特性进行理论建模与仿真。首先,对PE方法进行理论研究。分别从二维波动方程和三维波动方程出发,研究PE表达式的近似形式,并以最流行的分步步进算法对PE进行求解。为进一步确定解的唯一性,着重分析电波传播的上下边界问题,从中导出了新型的处理地形的PE模型。基于此,推导出对在电波传播计算中使用到的路径损耗计算公式,从而有效解释了无线电波在大气中的几种传播机制。其次,对给定的环境地图进行加工,形成实际地形数据。在地图数据处理软件Global Mapper平台下,将仿真场景分为三类(陆地平坦地形场景、密集建筑物场景、陆海交界场景)。并将本文提出的模型与几种常见的PE方法处理的地形模型(包括地形掩蔽模型、边界偏移模型、分段线性移位映射模型)对该数据进行匹配分析。结果表明,本文提出的模型具有更高的适用性。最后,为验证本文方法的正确性,将本文模型与国际电信联盟方法进行对比。并具体针对5G的5.0GHz和B5G的42.5GHz频段,在三种典型场景(陆地平坦地形场景、密集建筑物场景、陆海交界场景)下分别进行了仿真,并分别从纵向剖面传播和水平区域覆盖这两个维度进行仿真说明,应用大、小尺度传播的理论来对电波传播特性进行分析。结果证明,本文所使用的方法相较于传统路径损耗模型具有相当大的优势,并满足工程应用需要。本文提出的模型和传统的传播模型相比,具有电波传播特性可视化的特点,更适合于工程应用。该模型所涉及的实际地形数据的生成方法对于地形没有限制,具有普适性;对B5G移动通信中的无线小区的高效规划具有一定的前瞻指导意义。
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-...
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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。
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